CN109067234B - 一种大功率脉冲负载的电源适应性电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率脉冲负载的电源适应性电路，包括电源匹配网络、储能电容、脉冲匹配网络和大功率脉冲负载，供电电源接入所述电源匹配网络输入端，所述电源匹配网络通过所述储能电容对应连接所述脉冲匹配网络，所述脉冲匹配网络对应连接所述大功率脉冲负载，所述脉冲匹配网络包括功率电阻和功率开关。利用该电路使电源匹配网络的供电输入端呈恒功率负载特性，来解决大功率脉冲负载与供电电源的电源适应性问题，脉冲匹配网络由功率电阻和功率开关管组成，电路结构简单，利用常用元器件即可实现，且无需复杂的控制算法。

Description

一种大功率脉冲负载的电源适应性电路
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其是一种大功率脉冲负载的电源适应性电路。
背景技术
根据工作模式要求，大功率脉冲负载的用电功率呈宽频段、脉冲变化特性。目前大功率脉冲负载的功率容量越来越大，而发电机的功率容量是有限的，当脉冲变化功率容量占发电机输出功率容量的比重达到40％以上，且脉冲变化频率与发电机闭环调节频率重合时，会影响发电机闭环控制系统的工作稳定性，进而引起发电机输出电压幅值不稳定、调制系数超过GJB181标准规定的问题。
目前，采用在电源系统增加储能电容的方式来降低大功率脉冲负载的脉冲功率变化斜率，但受体积、重量等因素限制，储能电容的容量远远低于系统需求容量，并不能有效解决大功率脉冲负载引起发电机调制系数超标的问题。
发明内容
基于现有技术的上述问题，本发明实施例提供一种能够有效解决大功率脉冲负载与供电电源的电源适应性问题的电路结构。
本发明能够以多种方式实现，包括方法、系统、设备、装置或计算机可读介质，在下面论述本发明的几个实施例。
一种大功率脉冲负载的电源适应性电路，包括电源匹配网络、储能电容、脉冲匹配网络和大功率脉冲负载，供电电源接入所述电源匹配网络输入端，所述电源匹配网络通过所述储能电容对应连接所述脉冲匹配网络，所述脉冲匹配网络对应连接所述大功率脉冲负载，所述脉冲匹配网络包括功率电阻和功率开关。
进一步地，所述功率电阻大小R＝V2/ΔP，V表示大功率脉冲负载的工作电压，ΔP表示大功率脉冲负载的脉冲功率变化幅度。
进一步地，所述储能电容大小C＝2ΔP·t/(V12-V22)，V1表示额定母线电压、V2表示大功率脉冲负载工作时允许的最低工作电压，t表示大功率脉冲负载的脉冲功率引起的电压跌落时间，ΔP表示大功率脉冲负载的脉冲功率变化幅度。
进一步地，电路中还设置有反相器，所述反相器对应连接所述脉冲匹配网络和所述大功率脉冲负载。
进一步地，所述反相器对应连接所述脉冲匹配网络的功率开关，用于控制功率电阻与大功率脉冲负载的工作时序互补。
进一步地，所述储能电容可集成至所述电源匹配网络内部。
进一步地，所述电源匹配网络两端的母线电压高于设定高压阈值时，所述功率电阻采用电阻串联或并联或串并联形式实现。
进一步地，所述电源匹配网络两端的母线电压低于设定低压阈值时，所述脉冲匹配网络可集成至所述大功率脉冲负载内部。
本发明可实现的积极有益技术效果包括：供电电源的交流电经电源匹配网络整流转换为直流电为大功率脉冲负载供电，通过储能电容和脉冲匹配网络来消除大功率脉冲负载的脉冲负载特性，使电源匹配网络的供电输入端呈恒功率负载特性，来解决大功率脉冲负载与供电电源的电源适应性问题，脉冲匹配网络由功率电阻和功率开关组成，电路结构简单，利用常用元器件即可实现，且无需复杂的控制算法。
本发明的其他方面和优点根据下面结合附图的详细的描述而变得明显，所述附图通过示例说明本发明的原理。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明实施例提供的大功率脉冲负载的电源适应性电路图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
图1为本发明实施例提供的大功率脉冲负载的电源适应性电路图，如图1所示，包括电源匹配网络、储能电容、脉冲匹配网络和大功率脉冲负载，供电电源接入所述电源匹配网络输入端，所述电源匹配网络通过所述储能电容对应连接所述脉冲匹配网络，所述脉冲匹配网络对应连接所述大功率脉冲负载，所述脉冲匹配网络包括功率电阻和功率开关。所述电源匹配网络用于将供电电源的交流电转换为直流电，所述储能电容用于平滑脉冲匹配网络与大功率脉冲负载之间切换引起的母线电压波动，通过储能电容和脉冲匹配网络来消除大功率脉冲负载的脉冲负载特性，使电源匹配网络的供电输入端呈现恒功率负载特性。
功率电阻的阻值根据大功率脉冲负载的脉冲功率变化幅度ΔP进行计算，功率电阻大小R＝V2/ΔP，V表示大功率脉冲负载的工作电压，即电源补偿网络的输出母线电压，ΔP表示大功率脉冲负载的脉冲功率变化幅度。功率电阻的额定功率PR＝ΔP，当大功率脉冲负载的脉冲功率变化幅度较大时，功率电阻可采用n个电阻并联的方式实现，此时单个电阻的阻值为R＝nV2/ΔP，单个电阻的额定功率为PR＝ΔP/n。功率电阻形式灵活，可采用串联、并联或串并联形式实现。
储能电容用于平滑脉冲匹配网络与大功率脉冲负载之间切换引起的母线电压波动，电容大小C＝2ΔP·t/(V12-V22)，V1表示额定母线电压、V2表示大功率脉冲负载工作时允许的最低工作电压，t表示大功率脉冲负载的脉冲功率引起的电压跌落时间，ΔP表示大功率脉冲负载的脉冲功率变化幅度。
优化地，电路中设置有反相器，反相器对应连接脉冲匹配网络和大功率脉冲负载，进一步地，反相器对应连接脉冲匹配网络的功率开关，用于控制功率电阻与大功率脉冲负载的工作时序互补。当大功率脉冲负载根据时序发生设备要求工作在脉冲情况下时，其额定输入功率以一定的频率和占空比D进行周期性变化。此时，利用反向器将大功率脉冲负载的工作占空比与非工作占空比反向，控制脉冲匹配电路中的功率电阻与大功率脉冲负载的工作时序互补，即大功率脉冲负载工作时功率电阻不工作、大功率脉冲负载不工作时功率电阻工作。由于功率电阻R的额定功率等于大功率脉冲负载的脉冲功率变化幅度ΔP，因此，对于电源匹配网络的输出端来说其负载功率需求是恒定的，进而供电电源的输出功率也是恒定的，这有效解决了大功率脉冲负载与供电电源的电源适应性问题。储能电容用于补偿并平滑脉冲匹配网络与大功率脉冲负载之间的切换时间以及由此引起的母线电压变化，提高了电路的适应性。由于功率电阻R以1-D的占空比脉冲工作，因此其平均发热功率为(1-D)·ΔP。
优化地，储能电容可集成至电源匹配网络内部，设置于电源匹配网络的输出端。由于储能电容无热耗，虽然功率电阻的发热量等于大功率脉冲负载的脉冲功率，但功率电阻与大功率脉冲负载分时复用工作，因此对于系统来说不增加额外热耗需求。
优化地，电源匹配网络两端的母线电压高于设定高压阈值时，功率电阻采用电阻并联形式实现；电源匹配网络两端的母线电压低于设定低压阈值时，脉冲匹配网络可集成至大功率脉冲负载内部。作为实施例，对于电源匹配网络两端的母线电压高于270V的高压情况，功率电阻的发热功率大且发热密度高，可通过电阻并联的方式来降低单个电阻的发热量；对于电源匹配网络两端的母线电压低于50V的低压情况，功率电阻的发热功率小且发热密度低，可将脉冲匹配网络集成至大功率脉冲负载内部，不增加系统架构的复杂性。
本发明的不同方面、实施例、实施方式或特征能够单独使用或任意组合使用。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种大功率脉冲负载的电源适应性电路，其特征在于包括电源匹配网络、储能电容、脉冲匹配网络和大功率脉冲负载，供电电源接入所述电源匹配网络输入端，所述电源匹配网络通过所述储能电容对应连接所述脉冲匹配网络，所述脉冲匹配网络对应连接所述大功率脉冲负载，所述脉冲匹配网络包括功率电阻和功率开关；电路中还设置有反相器，所述反相器对应连接所述脉冲匹配网络和所述大功率脉冲负载，反相器输出端与脉冲匹配网络连接，输入端与大功率脉冲负载连接。
2.根据权利要求1所述的一种大功率脉冲负载的电源适应性电路，其特征在于，所述功率电阻大小R=V2/ΔP，V表示大功率脉冲负载的工作电压，ΔP表示大功率脉冲负载的脉冲功率变化幅度。
3.根据权利要求1所述的一种大功率脉冲负载的电源适应性电路，其特征在于，所述储能电容大小C=2ΔP·t/(V12-V22)，V1表示额定母线电压、V2表示大功率脉冲负载工作时允许的最低工作电压，t表示大功率脉冲负载的脉冲功率引起的电压跌落时间，ΔP表示大功率脉冲负载的脉冲功率变化幅度。
4.根据权利要求1所述的一种大功率脉冲负载的电源适应性电路，其特征在于，所述反相器对应连接所述脉冲匹配网络的功率开关，用于控制功率电阻与大功率脉冲负载的工作时序互补。
5.根据权利要求1所述的一种大功率脉冲负载的电源适应性电路，其特征在于，所述储能电容可集成至所述电源匹配网络内部。
6.根据权利要求1所述的一种大功率脉冲负载的电源适应性电路，其特征在于，所述电源匹配网络两端的母线电压高于设定高压阈值时，所述功率电阻采用电阻串联或并联或串并联形式实现。
7.根据权利要求1所述的一种大功率脉冲负载的电源适应性电路，其特征在于，所述电源匹配网络两端的母线电压低于设定低压阈值时，所述脉冲匹配网络可集成至所述大功率脉冲负载内部。
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