CN106026755A - 一种适用于脉冲电源的串联式脉冲产生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于脉冲电源的串联式脉冲产生器，包括脉冲变压器，脉冲变压器一次侧由N个脉冲电压发生器单元依次串联而成，每个脉冲电压发生器单元包括电源、谐振电容、开关管、RCD缓冲电路和二极管；脉冲变压器二次侧第一输出端与耦合电容连接，耦合电容与等效负载连接，等效负载与脉冲变压器二次侧第二输出端连接，脉冲变压器第二输出端同时连接到大地。本发明旨在通过模块化串联脉冲发生器的方式，在负载上的脉冲电压一定的情况下降低每个开关管上的电压，或者在每个开关管上的电压一定的情况下，可大幅提高负载上的脉冲电压。本发明通过多个基本谐振单元的串联可获得较高的初始电压，进而可获得较高的输出脉冲电压。

Description

一种适用于脉冲电源的串联式脉冲产生器
技术领域
本发明涉及一种新型级联脉冲发生器，属于电力电子技术领域，主要应用于高压脉冲电源中。
背景技术
高功率脉冲电源是将储存的高密度能量进行快速的压缩、转换或直接释放给负载,在受控热核聚变、高压除尘,有机废水处理等领域有广泛应用。现有技术中的脉冲功率电源技术利用电容储能放电方式,大多数采用机械式火花隙或无触点离子器件如氢闸流管作为放电开关。近年来，为了减小开关管的应力，不断的有新的拓扑结构产生，但很少出现有效的串联式的拓扑结构用在脉冲电源中，若能大幅度减小开关管所承受的电压，便能减少开关管的花费，即能减小脉冲电源的成本。
发明内容
本发明针对脉冲电源中脉冲发生器的开关管的电压应力减小的趋势，充分考虑成本、系统可靠性和损耗等因素后，提出一种适用于脉冲电源的串联式脉冲产生器。
本发明采用的技术方案为：一种适用于脉冲电源的串联式脉冲产生器，包括脉冲变压器，
脉冲变压器一次侧由N个脉冲电压发生器单元依次串联而成，每个脉冲电压发生器单元包括电源、谐振电容、开关管、RCD缓冲电路和二极管；
所述电源与谐振电容连接，谐振电容的正极同时与开关管、二极管的一侧连接，开关管、二极管的另一侧与RCD缓冲电路一侧连接，二极管的另一侧为脉冲电压发生器单元的第一输出端；
RCD缓冲电路的另一侧连接至谐振电容的负极，并且该侧为脉冲电压发生器单元的第二输出端；
每个脉冲电压发生器单元通过第二输出端与后一个脉冲电压发生器单元的第一输出端相连从而实现脉冲电压发生器单元的串联，第一个脉冲电压发生器单元的第一输出端连接谐振电感，并通过脉冲变压器一次侧回到第N个脉冲电压发生器单元第二输出端；
脉冲变压器二次侧第一输出端与耦合电容连接，耦合电容与等效负载连接，等效负载与脉冲变压器二次侧第二输出端连接，脉冲变压器第二输出端同时连接到大地。
作为优选，所述的每个脉冲电压发生器单元的电源是独立的电压源或通过三相整流而得，并且每个电源值可以相等，也可以不相等。
作为优选，所述脉冲变压器一次侧电源输出端经过滤波电感和滤波电容后，再进而接入谐振电容。
作为优选，所述脉冲变压器二次侧直流电压源经滤波电感给负载电容施加直流电压，变压器二次侧也可以直接带负载，即二次侧的电流输出单元只是为提供一个基础电压，这个电路也可用在不需要基础电压的场合。
作为优选，所述串联式脉冲产生器内的开关管同步工作，即所有开关管同步导通同步关断，串联式脉冲产生器产生脉冲的频率可以根据开关管的频率所调节。
有益效果：本发明一方面将谐振开关上的电压由多个开关共同承担，有效的减小了谐振开关的电压应力，从而有效的减小了系统的应用成本，另一方面本发明通过多个基本谐振单元的串联可获得较高的初始电压，进而可获得较高的输出脉冲电压，并通过变压器实现脉冲发生器和负载电源的电气隔离。对于相同的脉冲电压，通过脉冲发生器级联的方式可以大幅降低每个开关管上的电压，即大幅降低所使用的开关管的要求技术指标和价格。
附图说明
图1是实例1脉冲电源拓扑结构图；
图2是t0时刻之前的等效电路图；
图3是t0～t1时段的等效电路图；
图4是实例2电路图；
图5是实例3电路图；
图6是实例4电路图；
图7是实例5电路图.
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
一种适用于脉冲电源的串联式脉冲产生器，包括脉冲变压器，脉冲变压器一次侧由N个脉冲电压发生器单元依次串联而成，每个脉冲电压发生器单元包括电源、谐振电容、开关管、RCD缓冲电路和二极管；所述电源与谐振电容连接，谐振电容的正极同时与开关管、二极管的一侧连接，开关管、二极管的另一侧与RCD缓冲电路一侧连接，二极管的另一侧为脉冲电压发生器单元的第一输出端；RCD缓冲电路的另一侧连接至谐振电容的负极，并且该侧为脉冲电压发生器单元的第二输出端；每个脉冲电压发生器单元通过第二输出端与后一个脉冲电压发生器单元的第一输出端相连从而实现脉冲电压发生器单元的串联，第一个脉冲电压发生器单元的第一输出端连接谐振电感，并通过脉冲变压器一次侧回到第N个脉冲电压发生器单元第二输出端；脉冲变压器二次侧第一输出端与耦合电容连接，耦合电容与等效负载连接，等效负载与脉冲变压器二次侧第二输出端连接，脉冲变压器第二输出端同时连接到大地。所述脉冲变压器二次侧直流电压源经滤波电感给负载电容施加直流电压，
拓扑结构如图1所示。升压脉冲变压器T一次侧由n个单元依次串联而成，对于一次侧电源来说可以分别提供直流电压，如图1所示，也可由三相整流得到相应的电源，如图4所示。假设电源由三相整流而得且相等，现就电路的工作方式进行分析：Us为三相工频交流电压源，经三相全桥整流电路整流后经滤波电容C11～Cn1和滤波电感L11～Ln1连接到电容Cr1～Crn；电容Cr1～Cr4经开关管Q11～Qn1、电感Lr、激磁电感Lm构成闭合回路；开关管Q11～Qn1各自反并联有二极管VD11～VDn1；电容C12～Cn2，电阻R11～Rn1，二极管VD12～VDn2构成缓冲电路。脉冲变压器T二次侧电压经耦合电容C1施加于等效负载电容C0上；直流电压源Ud经滤波电感L1给负载电容C0施加直流电压；R0为和等效负载电容C0并联的等效负载电阻。
该拓扑可以分为3个工作时段，t0时刻之前开关管Q11～Qn1未导通，变压器一次侧和二次侧没有直接联系；变压器一次侧电压源Us经整流滤波后给电容C11～Cn1充电，二次侧电压源Ud一方面给电容C0、C1充电，另一方面经电阻R0形成闭合回路，一段时间过后，到达稳态；电容Cr1～Crn上的电压接近三相电压源Us的峰值电压，电容C0上的电压等于Ud，其等效电路如图2所示。
t0～t1时段，开关管Q11～Q41打开，电容Cr1～Crn与电感Lr构成串联谐振回路，等效电路如图3所示；电容Cr1～Crn向电感Lr放电，回路中的电流方向如图3中所示，且电流值逐渐变小，当t＝t1时电流值降为0。变压器二次侧为容性负载等效到一次侧设为Ceq，且Ceq与Cr1～Crn的串联等效电容、电感Lr发生谐振，通过这种方法实现Cr1～Crn谐振电压的串联叠加。当二次侧的负载电容发生短路时，由于RCD缓冲电路的存在，一次侧形成闭合回路，耦合电容C1能量经变压器传递到了RCD缓冲电路上，后通过电阻释放，保护一次侧的开关管Q11～Qn1。
t1～t2时段电流方向改变，电流不再流经开关管Q11～Qn1，改为从二极管VD11～VDn1中流过，在此过程中开关管Q11～Qn1为零电流关断，二极管VD11～VDn1为零电压导通，在此之后电感Lr向电容Cr1～Crn充电，电流值逐渐变小，当t＝t2时电流值为0；在t1～t2时段使开关管控制信号为0，这样可使得谐振过程只发生一个周期。而重复上述步骤则可产生连续的脉冲电压。
实例2：
如图4所示，本实例与实例1的不同之处在于一次侧电源端由三相整流而得，三相电源后接入的是三相全桥整流器，进而产生稳定的电源。
实例3：
如图5所示，本实例与实例1的不同之处在于一次侧电源输出端经过滤波电感和滤波电容后，在进而接入谐振电容。
实例4：
如图6所示，本实例与实例1的不同之处在于一次侧的n个脉冲电压发生器只保留部分缓冲电路(本图中只保留一个)。
实例5：
如图7所示，本实例与实例1的不同之处在于变压器二次侧可以直接带负载，即二次侧的直流输出单元只是为提供一个基础电压，这个电路也可用在不需要基础电压的场合。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种适用于脉冲电源的串联式脉冲产生器，其特征在于：包括脉冲变压器，
脉冲变压器一次侧由N个脉冲电压发生器单元依次串联而成，每个脉冲电压发生器单元包括电源、谐振电容、开关管、RCD缓冲电路和二极管；
所述电源与谐振电容连接，谐振电容的正极同时与开关管、二极管的一侧连接，开关管、二极管的另一侧与RCD缓冲电路一侧连接，二极管的另一侧为脉冲电压发生器单元的第一输出端；
RCD缓冲电路的另一侧连接至谐振电容的负极，并且该侧为脉冲电压发生器单元的第二输出端；
每个脉冲电压发生器单元通过第二输出端与后一个脉冲电压发生器单元的第一输出端相连从而实现脉冲电压发生器单元的串联，第一个脉冲电压发生器单元的第一输出端连接谐振电感，并通过脉冲变压器一次侧回到第N个脉冲电压发生器单元第二输出端；
脉冲变压器二次侧第一输出端与耦合电容连接，耦合电容与等效负载连接，等效负载与脉冲变压器二次侧第二输出端连接，脉冲变压器第二输出端同时连接到大地。
2.根据权利要求1所述的一种适用于脉冲电源的串联式脉冲产生器，其特征在于：所述的每个脉冲电压发生器单元的电源是独立的电压源或通过三相整流而得，并且每个电源值可以相等，也可以不相等。
3.根据权利要求1所述的一种适用于脉冲电源的串联式脉冲产生器，其特征在于：所述脉冲变压器一次侧电源输出端经过滤波电感和滤波电容后，再进而接入谐振电容。
4.根据权利要求1所述的一种适用于脉冲电源的串联式脉冲产生器，其特征在于：所述脉冲变压器二次侧直流电压源经滤波电感给负载电容施加直流电压。
5.根据权利要求1所述的一种适用于脉冲电源的串联式脉冲产生器，其特征在于：所述串联式脉冲产生器内的开关管同步工作，即所有开关管同步导通同步关断，串联式脉冲产生器产生脉冲的频率根据开关管的频率所调节。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108667336A (zh) * 2018-06-01 2018-10-16 南京国电环保科技有限公司 双极性脉冲发生器
CN108923641A (zh) * 2018-05-22 2018-11-30 中国科学院高能物理研究所 一种基于dsrd的高压快脉冲电源
CN110289832A (zh) * 2019-06-28 2019-09-27 四川英杰电气股份有限公司 一种固态调制器
CN112468011A (zh) * 2020-10-28 2021-03-09 南京工业大学 一种应用于高压微秒脉冲电源的限压整形电路

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113395056B (zh) * 2021-06-11 2023-08-29 西安交通大学 一种快前沿大电流脉冲调制器电路及脉冲调制器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104467511A (zh) * 2013-09-18 2015-03-25 杭州天明环保工程有限公司 一种脉冲电源装置
CN105024585A (zh) * 2015-08-05 2015-11-04 南京国电环保科技有限公司 串联式脉冲电压发生装置及方法
CN204886687U (zh) * 2015-08-12 2015-12-16 福建龙净环保股份有限公司 一种缓冲吸收电路、脉冲电源和静电除尘供电装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1084333A (zh) * 1992-09-09 1994-03-23 西安电子科技大学 高效光导超短电脉冲产生器
US6066901A (en) * 1998-09-17 2000-05-23 First Point Scientific, Inc. Modulator for generating high voltage pulses
CN101442300B (zh) * 2008-12-26 2010-09-01 桂林电子科技大学 一种数字式脉宽可调超宽带脉冲产生装置
CN103368530B (zh) * 2013-07-31 2016-07-06 桂林电子科技大学 一种自适应雪崩三极管脉冲产生器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104467511A (zh) * 2013-09-18 2015-03-25 杭州天明环保工程有限公司 一种脉冲电源装置
CN105024585A (zh) * 2015-08-05 2015-11-04 南京国电环保科技有限公司 串联式脉冲电压发生装置及方法
CN204886687U (zh) * 2015-08-12 2015-12-16 福建龙净环保股份有限公司 一种缓冲吸收电路、脉冲电源和静电除尘供电装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108923641A (zh) * 2018-05-22 2018-11-30 中国科学院高能物理研究所 一种基于dsrd的高压快脉冲电源
CN108923641B (zh) * 2018-05-22 2023-12-12 中国科学院高能物理研究所 一种基于dsrd的高压快脉冲电源
CN108667336A (zh) * 2018-06-01 2018-10-16 南京国电环保科技有限公司 双极性脉冲发生器
CN108667336B (zh) * 2018-06-01 2023-10-24 南京国电环保科技有限公司 双极性脉冲发生器
CN110289832A (zh) * 2019-06-28 2019-09-27 四川英杰电气股份有限公司 一种固态调制器
CN110289832B (zh) * 2019-06-28 2023-06-02 四川英杰电气股份有限公司 一种固态调制器
CN112468011A (zh) * 2020-10-28 2021-03-09 南京工业大学 一种应用于高压微秒脉冲电源的限压整形电路
CN112468011B (zh) * 2020-10-28 2022-10-14 南京工业大学 一种应用于高压微秒脉冲电源的限压整形电路

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