CN101478259B - 方波crowbar脉冲电流系统 - Google Patents

Abstract

方波CROWBAR脉冲电流系统，采用了由电容和电感组成的人工传输链的方式形成长持续时间的、高幅值脉冲电流波的方波CROWBAR脉冲电流系统，并采用高能真空开关或其它形式的大功率放电开关作为方波CROWBAR脉冲放电回路的主放电开关和CROWBAR放电开关。由于CROWBAR脉冲电流系统中只有两个开关，整个系统的控制简单，且输出脉冲电流波分散性小，并且系统具有负载开路保护和储能电容短路保护等安全防护措施，整个方波CROWBAR脉冲电流系统的稳定可靠性大大增强。另外，在需要持续时间更长、幅值更高的场合，也可以采用多个方波CROWBAR脉冲电流模块的组合，此系统可用于电热化学炮或电磁炮。

Description

方波CROWBAR脉冲电流系统

技术领域

本发明涉及一种CROWBAR脉冲电流系统，特别涉及一种方波CROWBAR脉冲电流系统。

背景技术

随着信息化技术的飞速发展，持续时间长，幅值高的脉冲电流系统的应用越来越广泛。为了产生持续时间长的脉冲电流波，通常的方法是采用高效率的CROWBAR放电模块，放电回路中包含储能电容、形成电感、负载和主放电开关与CROWBAR放电开关。而为了产生幅值高的脉冲电流波，可以采用多个CROWBAR放电模块。但是这种CROWBAR脉冲电流系统存在如下不足：(1)由于每个存在CROWBAR放电模块中含有一个主放电开关和一个CROWBAR放电开关，当需要多个模块同时触发放电时，主放电开关和CROWBAR放电开关的同步触发控制难度非常大；(2)当需要对多个模块进行时序控制，产生一平顶方波时，控制难度更大，每次触发放电输出波形和幅值的分散性很大，无法输出稳定的、长持续时间的、高幅值的脉冲电流波；(3)传统CROWBAR脉冲电流系统中的CROWBAR放电开关一般为半导体CROWBAR二极管，其承受反相电压的能力差，经常出现击穿破坏现象，使得CROWBAR脉冲电流系统可靠性差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种可输出稳定可靠的、长持续时间的、高幅值脉冲电流波的方波CROWBAR脉冲电流系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括方波电源形成网络、主放电开关、CROWBAR放电开关和负载，方波电源形成网络和负载之间接有主放电开关，CROWBAR放电开关并接在方波电源形成网络两端，所说的方波电源形成网络为一电容与电感组成的链状网络，充电电源的正极与方波电源形成网络的末链电容C12的高压端连接，其余的储能电容C11……C1的高压端分别和其前一链电容C12……C2的高压端通过电感L12……L2相连，所有储能电容C12……C1的低压端连接在一起；与末链电容C12高压端相连的电感称为末链电感L12，以此类推，连接首链电容C1高压端与方波电源形成网络1的电感称为首链电感L1，首链电感L1与主放电开关的高压端相连，主放电开关2的低压端与负载的一端相连接，负载的另一端与所有储能电容C12……C1的低压端相连。

本发明的第二个特点是：主放电开关和CROWBAR放电开关可以是高能真空开关或大功率晶闸管或者是大功率RSD开关，其通流容量要求大于100-200库仑，触发放电时延要求不大于1-10微秒。如果选用高能真空开关，可以选用专利ZL 200510042621.7或公开专利200710017399.4的真空开关。

本发明的第三个特点是：为了防止负载开路时储能电容能量无法释放或在负载端部出现拉弧等故障，在CROWBAR放电开关支路中串接有大功率的泄能电阻。

本发明的第四个特点是：为了防止某一链储能电容在放电过程中出现短路而引起其他链储能电容向其放电造成电容爆炸事故，在每一个储能电容的支路中还串接有快速熔断的保护器，其熔断保护器的性能参数由方波CROWBAR脉冲电流系统的性能指标决定，快速熔断的保护器F容许通过的能量大于通过方波电源形成网络中电容最大电流能量的3-5倍。

本发明的第五个特点是：方波CROWBAR脉冲电流系统的充电电压可以自动监控，并且方波CROWBAR脉冲电流系统的主放电开关和CROWBAR放电开关的触发放电采用规定时间间隔T的时序控制。其时间间隔T由CROWBAR脉冲电流系统的方波电源形成网络的总电容参数∑C和电感参数∑L决定，数学表达式为 $T=2\sqrt{\mathrm{\ΣL}\·\mathrm{\ΣC}}.$

由于本发明在采用了由电容和电感组成的人工传输链的方式形成长持续时间的、高幅值脉冲电流波的方波CROWBAR脉冲电流系统，并采用高能真空开关或其它形式的大功率放电开关作为方波CROWBAR脉冲放电回路的主放电开关和CROWBAR放电开关，脉冲电流系统中只有两个开关，整个系统的控制简单，且输出脉冲电流波分散性小，并且系统具有负载开路保护和储能电容短路保护等安全防护措施，整个方波CROWBAR脉冲电流系统的稳定可靠性大大增强。另外，在需要持续时间更长、幅值更高的场合，也可以采用多个方波CROWBAR脉冲电流模块的组合，此系统可用于电热化学炮或电磁炮。

附图说明

图1是本发明方波CROWBAR脉冲电流系统的原理框图；

图2是本发明方波CROWBAR脉冲电流系统的方波电源形成网络原理图；

图3是本发明方波CROWBAR脉冲电流系统负载开路时的泄能原理框图；

图4是本发明方波CROWBAR脉冲电流系统某一链电容短路时的保护电路原理框图。

图5是本发明方波CROWBAR脉冲电流系统的控制流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括与充电电源相连的方波CROWBAR脉冲电流系统的方波电源形成网络1、主放电开关2、CROWBAR放电开关3和负载4组成方波CROWBAR脉冲电流系统。在方波CROWBAR脉冲电流系统的方波电源形成网络1和负载4之间接有主放电开关2，CROWBAR放电开关3并接在方波电源形成网络1两端。其放电原理是：当系统控制触发脉冲施加在主放电开关2的触发电极上时，已充电的方波CROWBAR脉冲电流系统的方波电源形成网络1向负载4放电形成方波电流，在方波电流下降沿且电流值接近于零前的某一时刻，系统控制触发脉冲施加在CROWBAR放电开关3的触发电极，CROWBAR放电开关3导通放电，方波CROWBAR脉冲电流系统的方波电源形成网络1的剩余能量通过CROWBAR放电开关3支路泄放。

参见图2，方波CROWBAR脉冲电流系统的方波电源形成网络1为一电容与电感组成的链状网络，链数可以为6-12，相应的由6-12个电容C1、C2……C12和电感L1、L2……L12组成，其连接方式是：充电电源接到末链电容C12两端，末链电容C12和末链前一级电容C11通过末链电感L12连接，……以此类推，首链后一级电容C2和首链电容C1之间通过电感首链电感的后一级电感L2连接，首链电容C1通过首链电感L1输出。

参见图3，为了防止运行过程中负载突然开路造成方波CROWBAR脉冲电流系统的方波电源形成网络1储存的能量无法释放造成高压操作事故，或造成方波电源形成网络中电容和电感的重复振荡现象，在方波CROWBAR脉冲电流系统中CROWBAR放电开关3的支路中串接一泄能电阻5。当负载在运行中开路或需要关断方波CROWBAR脉冲电流系统的方波电源形成网络1向负载释放方波脉冲电流时，通过控制CROWBAR放电开关3使其导通，方波CROWBAR脉冲电流系统的方波电源形成网络1中各链电容的能量泄放到泄能电阻5。泄能电阻5的性能参数可根据方波CROWBAR脉冲电流系统的方波电源形成网络1中电容和电感的参数决定。

参见图4，在方波CROWBAR脉冲电流系统中，为了获得较高能量的方波脉冲电流，方波电源形成网络1中电容容量一般较大，在放电过程中，如果其中的一只电容发生击穿，则方波电源形成网络中的其他电容将向该损坏电容灌入大量能量，严重时引起该故障电容的爆炸，如方波电源形成网络1中的C3发生闪络击穿，则方波电源形成网络1中的电容1、电容2……电容11、电容12将通过放电回路对闪络击穿的电容3放电。为防止这种事故的发生，在方波电源形成网络的各链电容中串接快速熔断保险丝F11……F12，快速熔断保险丝F11……F12的性能参数由方波电源形成网络性能参数决定，选取的原则是快速熔断保险丝F11……F12容许通过的能量大于通过方波电源形成网络中电容最大电流能量的3-5倍。

参见图5，本发明的方波CROWBAR脉冲电流系统的控制流程：通过人机交互界面设定方波CROWBAR脉冲电流系统的主放电开关2和CROWBAR放电开关3之间的时间间隔ΔT以及预置放电电压等参数，人机交互界面可以是触摸屏或其它，人机交互界面上设定的参数通过RS232通迅接口传输给微机控制单元。同时，在人机交互界面上输入方波CROWBAR脉冲电流系统的预置放电电压，储能电容上充电电压通过电压传感器也输入到微机控制单元，当电容充电电压超过预置放电电压时，微机控制单元发出控制信号1并经光纤传输控制主放电开关2触发放电；在微机控制单元给出控制信号1的同时，微机控制单元启动计时功能，待计时时间间隔ΔT到时，微机控制单元发出控制信号2并同样经过光纤传输控制CROWBAR放电开关3触发放电。方波CROWBAR脉冲电流系统向负载4输出一方波冲击电流波，一次放电过程完成。

参见图5，方波CROWBAR脉冲电流系统主放电开关和CROWBAR放电开关的触发放电时刻之间必须遵循规定的时序控制。其时序控制的流程是：(1)根据方波CROWBAR脉冲电流系统的方波电源形成网络的中的总电容和电感参数，计算方波CROWBAR脉冲电流系统输出方波的持续时间 $T=2\sqrt{\mathrm{\ΣL}\·\mathrm{\ΣC}};$ (2)在方波CROWBAR脉冲电流系统的控制装置中输入主放电开关和CROWBAR放电开关触发放电的时间间隔，此时间间隔ΔT小于等于方波CROWBAR脉冲电流系统输出方波的持续时间 $T=2\sqrt{\mathrm{\ΣL}\·\mathrm{\ΣC}}.$

本发明不同于现有用于电热化学炮或电磁炮的“钟型”脉冲电流试验系统最显著的特点是：利用集总电容和电感参数形成方波脉冲电流，在同样储能电容的情况下，产生规定幅值和持续时间的脉冲电流波，方波CROWBAR脉冲电流系统要比传统的多模块叠加产生的钟型”脉冲电流试验系统的效率高；由于方波CROWBAR脉冲电流系统中只有一个主放电开关和一个CROWBAR放电开关，控制过程大大简化，控制的稳定可靠性增强，更重要的是提高了输出脉冲电流波的一致性；用真空CROWBAR开关代替CROWBAR二极管，也提高了CROWBAR脉冲电流系统的稳定可靠性。

Claims (3)

1.方波CROWBAR脉冲电流系统，其特征在于：包括方波电源形成网络(1)、主放电开关(2)、CROWBAR放电开关(3)和负载(4)；

所述的主放电开关(2)和CROWBAR放电开关(3)采用高能真空开关、大功率晶闸管或大功率RSD开关，其通流容量要求大于100-200库仑，触发放电时延要求不大于10-50微秒；

方波电源形成网络(1)和负载(4)之间接有主放电开关(2)，CROWBAR放电开关(3)并接在方波电源形成网络(1)两端，所说的方波电源形成网络(1)为一电容与电感组成的链状网络，充电电源的正极与方波电源形成网络(1)的末链电容(C12)的高压端连接，其余的储能电容(C11……C1)的高压端分别和其前一链电容(C12……C2)的高压端通过电感(L12……L2)相连，所有储能电容(C12……C1)的低压端连接在一起；与末链电容(C12)高压端相连的电感称为末链电感(L12)，以此类推，连接首链电容(C1)高压端与方波电源形成网络(1)的电感称为首链电感(L1)，首链电感(L1)的一端与首链电容C1的高压端相连，另一端与主放电开关(2)的高压端相连，主放电开关(2)的低压端与负载(4)的一端相连接，负载(4)的另一端与所有储能电容(C12……C1)的低压端相连；

所述的主放电开关(2)和CROWBAR放电开关(3)的触发放电时采用规定时间间隔T的时序控制，其数学表达式为其中总电容参数∑C为方波网络中所有电容器容量之和(C12+C11+......+C2+C1)，总电感∑L为方波网络中所有电感容量之和(L12+L11+......+L2+L1)。

2.根据权利要求1所述的方波CROWBAR脉冲电流系统，其特征在于：所说的CROWBAR放电开关(3)的支路中串接有大功率的泄能电阻(5)。

3.根据权利要求1所述的方波CROWBAR脉冲电流系统，其特征在于：所说的每一个储能电容的支路中还串接有快速熔断的保护器(F)，快速熔断的保护器(F)容许通过的能量大于通过方波电源形成网络(1)中电容最大电流能量的3-5倍。

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