CN108832912A - 一种用于空间磁重联激励的可调脉冲电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于空间磁重联激励的可调脉冲电源，通过对电路拓扑结构的设计可以产生一种在电流脉冲上升过程中伴有可控脉冲尖峰的电流波形从而用于试探性研究空间磁场重联的产生机制与过程。采用先进H桥的模式通过对储能电容放电的控制从在短时期内对阻感负载放电形成脉冲电流波形。通过在储能电容串联侧添加额外的能库并控制能库的接入时间点与时间段，控制脉冲电流上升沿中的电流尖峰的属性。本发明一种用于空间磁重联激励的可调脉冲电源中的放电电容与额外的能库都采用持续充电的设计，从而保证脉冲波形波动的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及可调脉冲电源的技术领域，具体涉及一种用于空间磁重联激励的可调脉冲电源。
背景技术
磁场重联是空间等离子体中普遍存在的基本物理过程，如太阳耀斑的爆发、日冕物质抛射的形成、太阳风-行星磁层在边界层的相互作用、行星磁尾蓄积能量的爆发等现象都是磁场重联现象的表现形式。在磁场重联实验室的模拟过程中，通过在真空装置的舱体内平行安置两块同向的电流板，并加载脉冲电流可以实现对磁场重联现象的模拟过程。但是由于脉冲电流的产生往往是由电容、电感、电阻组成的放电回路组成，其通过瞬间释放存满能量的电容从而发出脉冲电流，该过程不可控，因而难以加载限制性属性对磁场重联现象进行探索。一种用于空间磁重联激励的可调脉冲电源，通过设计一种脉冲性能可调的脉冲电源产生的脉冲电流加载于平行电流板的两侧，用于摸索磁场重联现象的产生。
发明内容
本发明的目的在于：试探性尝试脉冲激励刺激磁场重联发生过程中的有效触发手段，通过在脉冲上升沿的过程中加载激烈判断其跳跃的电流尖端刺激对磁场重联现象发生的可能性。本发明提供一种用于空间磁重联激励的可调脉冲电源通过对电路拓扑结构的设计可以产生一种在电流脉冲上升过程中伴有可控脉冲尖峰的电流波形从而用于试探性研究空间磁场重联的产生机制与过程。
本发明采用的技术方案为：一种用于空间磁重联激励的可调脉冲电源，采用先进H桥的模式通过对储能电容放电的控制从在短时期内对阻感负载放电形成脉冲电流波形，通过在储能电容串联侧添加额外的能库并控制能库的接入时间点与时间段，控制脉冲电流上升沿中的电流跳跃的属性，先进H桥由多组IGBT和二极管并联开关模块组成，电源通过给电容组充电后的放电形成脉冲电流，再通过开关模块的控制形成具有上升沿、平顶层以及下降层的脉冲电流波形，在上升沿的过程中再通过开关控制附属能库的接入在上升沿段形成跳跃的尖峰以刺激磁场重联现象的发生。
其中的放电电容与额外的能库都采用持续充电的设计，通过串联连接充电机持续给放电电容供给能量输入从而保证电容输出的持续性，从而保证脉冲波形波动的稳定性。
本发明与现有技术相比的优点在于：
现有磁场重联过程的模拟通过使用加载短脉冲电流的形式进行过程的发生，而该过程被大量实验证实为有效过程。本发明通过对磁场重联现象发生的机理研究，试探性的尝试提高磁场重联过程的有效发生率，同现有技术相比，本发明为一种完全新型的激励手段，具有较高的研究价值。
附图说明
图1为正常状态下的脉冲激励波形。
图2为加载有尖端电流的脉冲激励波形。
图3为脉冲激励上升沿未加载附属能库时的电源工作时序。
图4为脉冲激励上升沿加载附属能库时的电源工作时序。
图5为脉冲激励上升沿移除附属能库时的电源工作时序。
图6为脉冲激励平顶层的电源工作时序。
图7为脉冲激励下降沿的电源工作时序。
图8为脉冲激励加载于平行电流板两端的结构示意图。
图9为不同负载能库接入的电流波形及各阶段电流变化率，其中，图9(a)为不同加载时间和强度的电流跳跃波形，图9(b)为各时间段电流上升/下降速率。
图10为本发明电路图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
用于磁场重联激励的脉冲电流通过对空间磁场重联过程中重联现象产生的机制与过程分析，提出在脉冲电流的上升沿增加跳跃以试探性分析其作用。
如图1所示，脉冲电源的主要由充电电容对阻感负载放电产生脉冲电流，通过先进H桥中的四个开关模块的依次控制产生脉冲电源的上升区间、平顶区间以及下降区间。在此过程中，为了保证波形的稳定性，选择对放电电容和额外的能库一直保持充电状态，从而使其的电压一直维持在初始电压。
如图2所示，在电流的上升期间，通过增加额外的能库并选择能库增加的时间、大小、长度从而改变电流上升的速率，人为制造电流的跳跃。
如图10所示，一种用于空间磁重联激励的可调脉冲电源拓扑结果如图3-7所示，其每一个开关由IGBT和二极管并联的开关组成，IGBT开关用于控制电流的走向，二极管用于电路的续流功能。图3为脉冲激励上升沿未加载附属能库时的电源工作时序。图4为脉冲激励上升沿加载附属能库时的电源工作时序。图5为脉冲激励上升沿移除附属能库时的电源工作时序。图6为脉冲激励平顶层的电源工作时序。图7为脉冲激励下降沿的电源工作时序。
如图8所示，图8为电源箱加载在平行电流板两端的结构示意图，其两个平行板为并联连接，通过加电源箱产生的载脉冲电流波形，在两平行电流板之间产生磁场重联现象的发生。两平行电流板布置位于真空环境的真空舱内。
如图9所示，试制的电流波形在各个阶段具有不同的电流变化率，这可以更好的激发磁场重联现象的发生。
Claims (2)
1.一种用于空间磁重联激励的可调脉冲电源，其特征在于：采用先进H桥的模式通过对储能电容放电的控制从在短时期内对阻感负载放电形成脉冲电流波形，通过在储能电容串联侧添加额外的能库并控制能库的接入时间点与时间段，控制脉冲电流上升沿中的电流跳跃的属性，先进H桥由多组IGBT和二极管并联开关模块组成，电源通过给电容组充电后的放电形成脉冲电流，再通过开关模块的控制形成具有上升沿、平顶层以及下降层的脉冲电流波形，在上升沿的过程中再通过开关控制附属能库的接入在上升沿段形成跳跃的尖峰以刺激磁场重联现象的发生。
2.根据权利要求1所述的一种用于空间磁重联激励的可调脉冲电源，其特征在于：其中的放电电容与额外的能库都采用持续充电的设计，通过串联连接充电机持续给放电电容供给能量输入从而保证电容输出的持续性，从而保证脉冲波形波动的稳定性。
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|---|---|---|---|---|
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