CN107171588A - 一种基于高压电源的低储能宽脉冲的调制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于高压电源的低储能宽脉冲的调制方法及系统，该方法包括：采集调制器与高压脉冲输出端之间的高压脉冲电流；对所述高压脉冲电流进行处理，并判断处理后的所述高压脉冲电流是否大于预设电流阈值；输出控制信号以控制所述高压开关电源关闭，并输出脉冲信号以控制所述调制器断开。还涉及一种系统，该系统包括：高压开关电源、控制保护电路、调制器控制电路、调制器、电流采集电路。通过本发明降低了脉冲电源对储能电容容量的要求以及提高了对脉冲宽度的限度，解决了高压电源储能电容容量过大和最大脉冲宽度过窄的问题，同时降低了电源体积和提高了电路的安全性能。
Description
技术领域
本发明属于高压电源领域，尤其涉及一种基于高压电源的低储能宽脉冲的调制方法及系统。
背景技术
脉冲高压电源在高能物理、真空管雷达发射机、静电除尘、污水处理以及医疗领域等都有广泛的应用，传统脉冲高压电源多是充电电源+储能电容+调制开关或PSM脉冲步进调制开关的组成结构，若脉冲高压电源采用充电电源+储能电容+调制开关这样的结构，其会出现输出的高压脉冲宽度窄(约为几ns至数百μs)，使用受到限制，储能电容容量大(根据脉冲宽度不同，约为几μF至几十μF)的缺点，并且储能电容容量大极易导致打火时释放能量过大而损坏负载，另外若脉冲高压电源采用充电电源+储能电容+PSM脉冲步进调制开关这样的结构，会出现体积庞大和系统复杂的缺点。因此，找到解决这两者缺陷的高压电源是我们亟待需要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：目前的高压电源具有输出的高压脉冲宽度窄、使用受到限制、储能电容容量大、体积庞大和系统复杂等缺点。
为解决上面的技术问题，本发明提供了一种基于高压电源的低储能宽脉冲的调制方法，该调制方法包括：
S1，采集调制器与高压脉冲输出端之间的高压脉冲电流；
S2，对所述高压脉冲电流进行处理，并判断处理后的所述高压脉冲电流是否大于预设电流阈值，若大于，则执行步骤S3，若小于，则返回S1；
S3，输出控制信号以控制所述高压开关电源关闭，并输出脉冲信号以控制所述调制器断开。
本发明的有益效果：通过上述的方法，提高了高压开关电源的输出功率，降低了脉冲电源对储能电容容量的要求以及提高了脉冲宽度，解决了高压电源储能电容容量过大和最大脉冲宽度过窄的问题，同时降低了电源体积和提高了电路的安全性能。
进一步地，在步骤S1之前包括：
A1，根据输入的脉冲，输出脉冲信号至调制器控制电路；
A2，所述调制器控制电路根据所述脉冲信号输出相应的脉冲信号至所述调制器，以控制调制器闭合。
进一步地，所述S1中，通过闭环霍尔电流传感器采集调制器与高压脉冲输出端之间的高压脉冲电流。
本发明还涉及一种基于高压电源的低储能宽脉冲的调制系统，该系统包括：高压开关电源、控制保护电路、调制器控制电路、调制器、电流采集电路；
所述电流采集电路一端连接在所述调制器与所述高压脉冲输出端之间，另一端与所述控制保护电路连接，用于采集所述调制器与高压脉冲输出端之间的高压脉冲电流，并发送所述高压脉冲电流至所述控制保护电路；
所述控制保护电路一端与所述高压开关电源连接，另一端与所述调制器控制电路连接，用于对所述高压脉冲电流进行处理，并判断处理后的所述高压脉冲电流是否大于预设电流阈值，若大于，则输出控制信号至高压开关电源以控制所述高压开关电源关闭，并输出脉冲信号至所述调制器控制电路；
所述调制器控制电路一端与所述控制保护电路连接，另一端与所述调制器连接，用于根据所述控制保护电路输出的脉冲信号控制所述调制器断开。
本发明的有益效果：通过上述的系统，提高了高压开关电源的输出功率，降低了脉冲电源对储能电容容量的要求以及提高了对脉冲宽度的限度，解决了高压电源储能电容容量过大和最大脉冲宽度过窄的问题，同时降低了电源体积和提高了电路的安全性能。
进一步地，该系统还包括：限流电阻；
所述高压开关电源一端与所述限流电阻连接，另一端与高压接地端连接，用于给系统提供脉冲高压；
所述限流电阻一端连接所述高压开关电源，另一端连接所述调制器，用于当所述高压开关电源输出所述脉冲高压时，限制负载短路时的最大短路电流。
上述进一步地有益效果：限制高压开关电源负载短路时的最大短路电流，以保护负载和高压开关电源免受损坏。
进一步地，该系统还包括：滤波电容；
所述滤波电容与所述高压开关电源并联，一端连接在所述高压开关电源与所述限流电阻之间，另一端连接在所述高压开关电源与所述高压接地端之间，用于将所述脉冲高压转化为平滑高压并提供给系统；
所述调制器用于将所述平滑高压斩波成所需宽度的脉冲高压，提供给负载正常工作。
上述进一步地有益效果：将平滑的高压斩波成所需宽度的脉冲高压，提供给负载正常工作。
进一步地，所述高压开关电源的最高输出电压为35kV、最大输出脉冲功率为150kW。
进一步地，所述电流采集电路采用闭环霍尔电流传感器。
进一步地，所述调制器的最高工作电压为50kV，最大工作电流为5A。
上述进一步地有益效果：采用这样的调制器，使得脉冲宽度可以无限长。
进一步地，所述调制器包括：多个低压IGBT，所述多个低压IGBT相互并联。
上述进一步地有益效果：采用多个低压IGBT相互并联，可以提高工作电压。
附图说明
图1为本发明的一种基于高压电源的低储能宽脉冲的调制方法的流程图；
图2为本发明的一种基于高压电源的低储能宽脉冲的调制系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例1是一种基于高压电源的低储能宽脉冲的调制方法，该方法包括：
S1，采集调制器与高压脉冲输出端之间的高压脉冲电流；
S2，对所述高压脉冲电流进行处理，并判断处理后的所述高压脉冲电流是否大于预设电流阈值，若大于，则执行步骤S3，若小于，则返回S1；
S3，输出控制信号以控制所述高压开关电源关闭，并输出脉冲信号以控制所述调制器断开。
需要说明的是，在本实施例1中是高压开关电源输出高压脉冲电流到限流电阻，进过该限流电阻后流入调制器，调制器根据接收到脉冲信号调制该电路的电流，使得该电路高压脉冲输出端输出的高压脉冲电流与大功率高压开关电源输出的高压脉冲电流相同，在该高压脉冲输出端与该调制器之间连接一个电流采样电路，该电流采样电路采集该调制器与该高压脉冲输出端之间的高压脉冲电流，并发送电流采样信号给控制保护电路，该控制保护电路接收到该电流采样信号，对采集的该高压脉冲电流进行处理，并判断处理后的该高压脉冲电流是否大于预设电流阈值，当该高压脉冲电流大于预设电流阈值时，该控制保护电路输出控制信号给高压开关电源，该高压开关电源接收到该控制信号后，关闭该高压开关电源的开关，使得整个电路处于电源断开的状态，没有高压脉冲电流输出，同时该控制保护电路还输出脉冲信号以控制所述调制器断开，使得该电路中没有电流流动，保证了整个电路的安全。
可选地，在步骤S1之前包括：
A1，根据输入的脉冲，输出脉冲信号至调制器控制电路；
A2，所述调制器控制电路根据所述脉冲信号输出相应的脉冲信号至所述调制器，以控制调制器闭合。
需要说明的是，在上述提及到的控制保护电路，在本实施例1中是先给该控制保护电路输入脉冲，在接收到输入的脉冲后，该控制保护电路输出脉冲信号至调制器控制电路，该调制器控制电路根据该脉冲信号输出相应的脉冲信号至所述调制器，以控制调制器闭合。
可选地，所述S1中，通过闭环霍尔电流传感器采集调制器与高压脉冲输出端之间的高压脉冲电流。
需要说明的是，在上述提及到的电流采样电路采集该调制器与该高压脉冲输出端之间的高压脉冲电流是通过闭环霍尔电流传感器的。该高压脉冲输出端是穿过该闭环霍尔电流传感器的磁环的。
通过本实施例1的方法，对高压开关电源和调制器的调制，降低了脉冲电源对储能电容容量的要求以及提高了对脉冲宽度的限度，解决了高压电源储能电容容量过大和最大脉冲宽度过窄的问题，同时降低了电源体积和提高了电路的安全性能。
实施例2
如图2所示，本实施例2是一种基于高压电源的低储能宽脉冲的调制系统，该系统包括：高压开关电源、控制保护电路、调制器控制电路、调制器、电流采集电路；
所述电流采集电路一端连接在所述调制器与所述高压脉冲输出端之间，另一端与所述控制保护电路连接，用于采集所述调制器与高压脉冲输出端之间的高压脉冲电流，并发送所述高压脉冲电流至所述控制保护电路；
所述控制保护电路一端与所述高压开关电源连接，另一端与所述调制器控制电路连接，用于对所述高压脉冲电流进行处理，并判断处理后的所述高压脉冲电流是否大于预设电流阈值，若大于，则输出控制信号至高压开关电源以控制所述高压开关电源关闭，并输出脉冲信号至所述调制器控制电路；
所述调制器控制电路一端与所述控制保护电路连接，另一端与所述调制器连接，用于根据所述控制保护电路输出的脉冲信号控制所述调制器断开。
需要说明的是，在本实施例2中是高压开关电源输出高压脉冲电流到限流电阻，进过该限流电阻后流入调制器，调制器根据接收到脉冲信号调制该电路的电流，使得该电路高压脉冲输出端输出的高压脉冲电流与大功率高压开关电源输出的高压脉冲电流相同，在该高压脉冲输出端与该调制器之间连接一个电流采样电路，该电流采样电路采集该调制器与该高压脉冲输出端之间的高压脉冲电流，并发送电流采样信号给控制保护电路，该控制保护电路接收到该电流采样信号，对采集的该高压脉冲电流进行处理，并判断处理后的该高压脉冲电流是否大于预设电流阈值，当该高压脉冲电流大于预设电流阈值时，该控制保护电路输出控制信号给高压开关电源，该高压开关电源接收到该控制信号后，关闭该高压开关电源的开关，使得整个电路处于电源断开的状态，没有高压脉冲电流输出，同时该控制保护电路还输出脉冲信号以控制所述调制器断开，使得该电路中没有电流流动，保证了整个电路的安全。
可选地，该系统还包括：限流电阻；
所述高压开关电源一端与所述限流电阻连接，另一端与高压接地端连接，用于给系统提供脉冲高压；
所述限流电阻一端连接所述高压开关电源，另一端连接所述调制器，用于当所述高压开关电源输出所述脉冲高压时，限制负载短路时的最大短路电流。
需要说明的是，在上述提及到的该高压开关电源与该限流电阻连接，另一端与高压接地端连接，该高压开关电源是给整个系统提供脉冲高压的；另外，限流电阻是为了在高压开关电源输出所述脉冲高压时，限制负载短路时的最大短路电流，这样有利于保护整个电路的安全，其中，在本实施例2中的限流电阻，该限流电阻为四川永星电子有限公司(893厂)生产的大功率无感电阻JRXG13T-100W-200Ω-J，由两只电阻并联使用。
可选地，该系统还包括：滤波电容；
所述滤波电容与所述高压开关电源并联，一端连接在所述高压开关电源与所述限流电阻之间，另一端连接在所述高压开关电源与所述高压接地端之间，用于将所述脉冲高压转化为平滑高压并提供给系统；
所述调制器用于将所述平滑高压斩波成所需宽度的脉冲高压，提供给负载正常工作。
需要说明的是，在上述提及到的高压开关电源还并联了一个滤波电容，该滤波电容是为了将该高压开关电源输出的脉冲高压转化为平滑高压并提供给系统，其中，在本实施例2中的滤波电容，该滤波电容为合肥华耀电子公司设计的35kV/0.08μF高压薄膜电容。
可选地，所述高压开关电源的最高输出电压为35kV、最大输出脉冲功率为150kW。
需要说明的是，在上述提及到的是高压开关电源，该高压开关电源是自主研发的35kV/150kW高压电源，输入为三相380V/50Hz的电流，最高输出电压为35kV，最大输出脉冲功率为150kW，脉冲高压电源脉冲内的能量全部由此高压电源提供。
可选地，所述电流采集电路采用闭环霍尔电流传感器。
需要说明的是，在上述提及到的闭环霍尔电流传感器，该闭环霍尔电流传感器其具体型号为北京森社公司的CHB-50SF。
可选地，所述调制器的最高工作电压为50kV，最大工作电流为5A。
可选地，所述调制器包括：多个低压IGBT，所述多个低压IGBT相互并联。
需要说明的是，上述提及到的调制器，该调制器为自主研发设计的50kV/5A刚性调制器，最高工作电压50kV，最大工作电流5A，工作脉冲宽度可以无限长，该调制器由多个低压IGBT串联使用，以提高工作电压。
通过本实施例1的系统，对高压开关电源和调制器的调制，降低了脉冲电源对储能电容容量的要求以及提高了对脉冲宽度的限度，解决了高压电源储能电容容量过大和最大脉冲宽度过窄的问题，同时降低了电源体积和提高了电路的安全性能。
对于本实施例2中提及到的控制保护电路和调制器控制电路其均是根据系统需要自主研发设计的。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于高压电源的低储能宽脉冲的调制方法，其特征在于,该调制方法包括：
S1，采集调制器与高压脉冲输出端之间的高压脉冲电流；
S2，对所述高压脉冲电流进行处理，并判断处理后的所述高压脉冲电流是否大于预设电流阈值，若大于，则执行步骤S3，若小于，则返回S1；
S3，输出控制信号以控制所述高压开关电源关闭，并输出脉冲信号以控制所述调制器断开。
2.根据权利要求1所述的调制方法，其特征在于，在步骤S1之前包括：
A1，根据输入的脉冲，输出脉冲信号至调制器控制电路；
A2，所述调制器控制电路根据所述脉冲信号输出相应的脉冲信号至所述调制器，以控制调制器闭合。
3.根据权利要求1或2所述的调制方法，其特征在于，所述S1中，通过闭环霍尔电流传感器采集调制器与高压脉冲输出端之间的高压脉冲电流。
4.一种基于高压电源的低储能宽脉冲的调制系统，其特征在于，该系统包括：高压开关电源、控制保护电路、调制器控制电路、调制器、电流采集电路；
所述电流采集电路一端连接在所述调制器与所述高压脉冲输出端之间，另一端与所述控制保护电路连接，用于采集所述调制器与高压脉冲输出端之间的高压脉冲电流，并发送所述高压脉冲电流至所述控制保护电路；
所述控制保护电路一端与所述高压开关电源连接，另一端与所述调制器控制电路连接，用于对所述高压脉冲电流进行处理，并判断处理后的所述高压脉冲电流是否大于预设电流阈值，若大于，则输出控制信号至高压开关电源以控制所述高压开关电源关闭，并输出脉冲信号至所述调制器控制电路；
所述调制器控制电路一端与所述控制保护电路连接，另一端与所述调制器连接，用于根据所述控制保护电路输出的脉冲信号控制所述调制器断开。
5.根据权利要求4所述的调制系统，其特征在于，该系统还包括：限流电阻；
所述高压开关电源一端与所述限流电阻连接，另一端与高压接地端连接，用于给系统提供脉冲高压；
所述限流电阻一端连接所述高压开关电源，另一端连接所述调制器，用于当所述高压开关电源输出所述脉冲高压时，限制负载短路时的最大短路电流。
6.根据权利要求4所述的调制系统，其特征在于，该系统还包括：滤波电容；
所述滤波电容与所述高压开关电源并联，一端连接在所述高压开关电源与所述限流电阻之间，另一端连接在所述高压开关电源与所述高压接地端之间，用于将所述脉冲高压转化为平滑高压并提供给系统；
所述调制器用于将所述平滑高压斩波成所需宽度的脉冲高压，提供给负载正常工作。
7.根据权利要求4-6任一所述的调制系统，其特征在于，所述高压开关电源的最高输出电压为35kV、最大输出脉冲功率为150kW。
8.根据权利要求4-6任一所述的调制系统，其特征在于，所述电流采集电路采用闭环霍尔电流传感器。
9.根据权利要求4-6任一所述的调制系统，其特征在于，所述调制器的最高工作电压为50kV，最大工作电流为5A。
10.根据权利要求9所述的调制系统，其特征在于，所述调制器包括：多个低压I GBT，所述多个低压I GBT相互并联。
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