CN109286333A - 用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于脉冲功率系统技术领域，公开了一种用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路及其工作方法。本发明中的充电、回收及控制电路电路包括充电电路、能量回收电路、控制电路及加速器电路；充电电路包括第一充电模块及第二充电模块；控制电路包括控制器、驱动电路及电压采样电路。本发明中的工作方法包括：首先控制器获取来自上位机的预设参数并存储，并获取来自上位机的单次充电指令、重频运行指令或停止触发指令后完成单次充电操作、重频运行操作或停机操作。本发明解决了现有技术方案中充电模块输出过压、回收电路损耗增加和充电电压精度降低等问题，提高了脉冲功率系统的稳定性和可靠性，电路结构和控制方法简单，适于推广使用。

Description

用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路及其工作方法

技术领域

本发明属于脉冲功率系统应用技术领域，具体涉及一种用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路及其工作方法。

背景技术

在高功率微波驱动源和电磁轨道炮等电容储能型脉冲功率系统中，脉冲负载通常表现为感性，在脉冲放电结束后，脉冲负载的寄生电感通过续流过程逐渐将电感中剩余的能量转移到负载电容中，并将负载电容电压极性反转。

为了提高脉冲功率系统的电能效率，在大电流充电系统中通常采用加入回收电路的方法将负压形式的能量转换为需要的正压形式。根据回收电感在充电回路中的位置，现有回收电路分为旁路型和串连型，其中旁路型结构中通过关断串接在充电回路中的开关以避免负压对充电电源的损坏，而串连型则通过在充电回路并接旁路二极管的形式禁止负压进入充电电源；当充电期间出现了类似于主开关误导通的放电时，由于不依赖于控保电路的响应速度，因而串接型相比旁路型回收电路更有利于保护充电电源的安全。

然而，现有的基于高频谐振电路的恒流充电电源与串连型回收电路结合使用时，由于恒流充电电路的输出电流在启动和关闭时是突变的(在0和I0之间突变)，因而会引起回收电感和第一辅助电容的谐振，谐振过程中，回收电感L的电流峰值为I0的2倍，由于回收电路的等效电阻较小，为欠阻尼状态，因而振荡会持续整个充电过程；在充电结束后，充电电路的输出电流由I0降为0，但回收电感L的续流过程会将回收电感能量和部分辅助电容能量转移到负载电容中，从而负载电容的电压在充电结束后会继续升高；但是由于振荡的原因，充电结束时刻的回收电感的电流幅值并不确定，从而导致充电精度较差；另外，回收电路的振荡使得回收电感L的电流有效值系数增加，对应着回收电路的通态损耗增加50％，加之振荡频率较高，会引起一定的高频损耗，使得回收电路的整体损耗增加更多。

发明内容

为了解决现有技术方案存在的上述问题，本发明目的在于提供一种提高脉冲功率系统的稳定性及可靠性、降低了损耗、简单实用的用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路及其工作方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路，包括能量回收电路、充电电路、控制电路及加速器电路；所述的充电电路通过第一连接点P1、第二连接点P2及第三连接点P3与能量回收电路电连接；所述的第一连接点P1及第二连接点P2均电连接充电电路的输出正极；所述的能量回收电路通过第四连接点P4及第五连接点P5与加速器电路电连接。

所述的充电电路包括第一充电模块M1及第二充电模块M2；所述的第一充电模块M1的输出正极电连接第一连接点P1，其输出负极电连接第三连接点P3；所述的第二充电模块M2的输出正极电连接第二连接点P2，其输出负极电连接第三连接点P3。

所述的控制电路包括控制器，还包括分别与控制器电连接的驱动电路和电压采样电路；所述的控制器通过驱动电路分别与充电电路中的第一充电模块M1充电控制端、第二充电模块M2的充电控制端、能量回收电路及加速器电路电连接；所述的控制器通过电压采样电路与回收电路的输出端口相连接；所述的电压采样电路的正极端子电连接第四连接点P4，其负极端子电连接第五连接点P5；所述的电压采样电路的正极端子电连接第四连接点P4，其负极端子电连接第五连接点P5。

作为优选，所述的控制器通过CAN总线与充电电路中的第一充电模块M1通信端口和第二充电模块M2的通信端口通信连接；所述的控制器通过故障总线与第一充电模块M1和第二充电模块M2的故障输出端口电连接；所述的控制器通过串行端口COM4与上位机通信连接。

作为优选，所述的能量回收电路包括回收电感L、回收二极管D1、第一防反二极管D2、第二防反二极管D3、第一辅助电容C2、第二辅助电容C3及旁路开关S3；所述的第一辅助电容C2的正极电连接第一连接点P1，其负极电连接第三连接点P3；所述的第二辅助电容C3的正极电连接第二连接点P2，其负极电连接第三连接点P3；所述的第一防反二极管D2的阳极电连接第一连接点P1，其阴极电连接回收二极管D1的阴极；所述的第二防反二极管D3的阳极电连接第二连接点P2，其阴极电连接回收二极管D1的阴极；所述的回收电感L的一端电连接回收二极管D1的阴极，其另一端电连接第四连接点P4；所述的旁路开关S3的两端分别电连接回收电感的两端；所述的回收二极管D1的阳极电连接第三连接点P3，其阴极电连接第一防反二极管D2的阴极、第二防反二极管D3的阴极和回收电感的一端；所述的能量回收电路的第四连接端子P4电连接加速器系统中负载电容的正极，第五连接端子P5电连接加速器系统中负载电容的负极。

作为优选，所述的加速器电路包括变压器、晶闸管S1及负载电容C1；所述的旁路开关S3的受控端和晶闸管S1的受控端电连接；所述的控制电路包括控制器；所述的负载电容C1的两端分别与第四连接点P4及第五连接点P5电连接；所述的变压器的一端通过晶闸管S1与第四连接点P4电连接，其另一端与第五连接点P5电连接。

作为优选，所述的控制器包括通信模块、重复运行模块、放电时序模块、充电时序模块及保护模块；所述的通信模块用于实现控制器分别与上位机、第一充电模块M1及第二充电模块M2之间的信息交互；所述的重复运行模块用于重复频率输出放电时序控制器的触发信号并计数；所述的放电时序模块与晶闸管S1的受控端电连接；所述的充电时序模块的输出分别与第一充电模块M1的受控端、第二充电模块M2的受控端及旁路开关S3的受控端电连接；所述的保护模块用于根据故障总线及电压采样电路返回的取样电压、设置电压、晶闸管S1的触发信号、第一充电模块M1及第二充电模块M2的充电控制信号综合判断产生用于故障停机的停止触发信号；通信模块获取运行所需要的参数，如脉冲数、脉冲频率、中断时间、触发延迟、充电时间、设置电压和运行控制指令，运行控制指令包括单次运行指令、重频运行指令和停止指令。

作为优选，所述的通信模块通过串行接口CAN3分别与第一充电模块M1的通信端口及第二充电模块M2的通信端口通信连接，还通过COM4端口与上位机通信连接。

上述的用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路的工作方法，所述的控制器与上位机通信连接，包括以下步骤：

S1.控制器实时获取第一充电模块M1及第二充电模块M2的运行状态，并实时向上位机发送第一充电模块M1、第二充电模块M2及控制电路的运行状态；

S2.控制器获取来自上位机的预设充电时间、预设中断时间、预设触发延迟时间、预设充电时间、预设充电电压、预设重复频率及预设脉冲个数并存储，并实时获取来自上位机的单次充电指令、重频运行指令或停止触发指令；

S3.控制器获取到单次充电指令后，发送信号至第一充电模块M1的受控端、第二充电模块M2的受控端及能量回收电路中旁路开关S3的受控端，然后完成单次充电操作；

S4.控制器获取到重频运行指令后，控制器根据预设重复频率及预设脉冲个数运行，并按照相应的时序发送信号至加速器电路中的晶闸管S1的受控端、第一充电模块M1的受控端、第二充电模块M2的受控端及旁路开关S3的受控端，直至控制器的脉冲基数值小于预设脉冲个数后，则完成本次重频运行操作；其中，控制器的重复运行模块、放电时序模块和充电时序模块均处于关闭所有输出的状态。

S5.控制器获取到停止触发指令后，控制器关闭所有的输出的状态，同时关闭发送至充电电路、能量回收电路及加速器电路的控制信号，完成停机操作；

S6.控制器的保护模块实时运行，当检测到故障后输出停止触发信号，然后进行步骤S5。

作为优选，所述的步骤S3中，完成单次充电操作的具体步骤如下：

S301.充电的初始时刻，控制器同步输出第一充电信号CTR1至第一充电模块M1的受控端，及第一驱动信号CTR3至旁路开关S3的受控端，第一充电模块M1经能量回收电路向负载电容C1充电；

S302.第一充电模块M1至一个充电延迟时间后，控制器输出第二充电信号CTR2至第二充电模块M2的受控端，第二充电模块M2经能量回收电路向负载电容C1充电；

S303.完成本次充电后，同步关闭第一充电信号CTR1、第二充电信号CTR2及第三驱动信号CTR3。

作为优选，所述的步骤S302中，充电延迟时间为存储于控制器ROM存储器中的固定值，其值大于或等于回收电感L及第一辅助电容C2谐振周期值的一半；当判断是否完成本次充电时，控制器在输出第二充电信号CTR2至第二充电模块M2的受控端后进行计时，并实时通过电压采样电路采集的实际电压与预设充电电压进行比较，然后实时判断计时是否达到预设充电时间且实际电压是否达到预设充电电压，具体判断情况如下：

S302a.当充电时间未达到预设充电时间且实际电压未达到预设充电电压时，则保持第一充电信号CTR1、第二充电信号CTR2及第三驱动信号CTR3的持续输出，未完成本次充电；

S302b.当充电时间未达到预设充电时间且实际电压等于预设充电电压时，则同步关闭第一充电信号CTR1、第二充电信号CTR2及第三驱动信号CTR3，完成本次充电；

S302c.当充电时间达到预设充电时间但实际电压低于预设充电电压时，则同步关闭第一充电信号CTR1、第二充电信号CTR2及第三驱动信号CTR3，完成本次充电。

作为优选，所述的控制器包括重复运行模块、放电时序模块及充电时序模块；所述的步骤S4中，完成本次重频运行操作的具体步骤如下：

S401.重复运行模块根据预设重复频率定时向放电时序控制器及充电时序控制器输出的第一触发信号并开始计数；

S402.充电时序控制器在接收到第一触发信号后，同步关闭第一充电信号CTR1、第二充电信号CTR2及第三驱动信号CTR3，结束充电状态；

S403.放电时序模块在接收到第一触发信号后启动计时，当计时时间等于预设触发延迟时间时，输出第四驱动信号CTR4至晶闸管S1的受控端，当计时时间等于预设中断时间时，输出第二触发信号至充电时序模块，然后重复步骤S3直至完成充电；

S404.步骤S403中完成单次充电后，当重复运行模块中的脉冲计数值小于预设脉冲个数时，继续定时输出第一触发信号，重复步骤S403，当重复运行模块中的脉冲计数值大于预设脉冲个数时，停止输出第一触发信号，完成本次重频运行操作。

本发明的有益效果为：

通过充电电路和能量回收电路以及控制电路的配合使用，解决了脉冲功率系统中恒流充电电源与串联型能量回收电路相结合引起的充电电源输出过压、回收电路损耗增加和充电电压精度降低等问题，大幅度提高脉冲功率系统的稳定性和可靠性；本发明应用于脉冲功率系统中时操作简便，实用性高，适于推广使用。

附图说明

图1是本发明的电路图。

图2是控制器的结构框图。

图3是单次充电工作波形图。

图4是重频工作时序示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

实施例1：

如图1所示，一种用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路，包括能量回收电路、充电电路、控制电路及加速器电路。

充电电路通过第一连接点P1、第二连接点P2及第三连接点P3与能量回收电路电连接；第一连接点P1及第二连接点P2均电连接充电电路的输出正极；能量回收电路通过第四连接点P4及第五连接点P5与加速器电路电连接。

充电电路包括两个同等规格的恒流充电模块，即第一充电模块M1及第二充电模块M2；第一充电模块M1的输出正极电连接第一连接点P1，其输出负极电连接第三连接点P3；第二充电模块M2的输出正极电连接第二连接点P2，其输出负极电连接第三连接点P3。

本实施例中，能量回收电路包括回收电感L、回收二极管D1、第一防反二极管D2、第二防反二极管D3、第一辅助电容C2、第二辅助电容C3及旁路开关S3；第一辅助电容C2的正极电连接第一连接点P1，其负极电连接第三连接点P3；第二辅助电容C3的正极电连接第二连接点P2，其负极电连接第三连接点P3；第一防反二极管D2的阳极电连接第一连接点P1，其阴极电连接回收二极管D1的阴极；第二防反二极管D3的阳极电连接第二连接点P2，其阴极电连接回收二极管D1的阴极；回收电感L的一端电连接回收二极管D1的阴极，其另一端电连接第四连接点P4；旁路开关S3的两端分别电连接回收电感的两端；回收二极管D1的阳极电连接第三连接点P3，其阴极电连接第一防反二极管D2的阴极、第二防反二极管D3的阴极和回收电感的一端；能量回收电路的第四连接端子P4电连接加速器系统中负载电容的正极，第五连接端子P5电连接加速器系统中负载电容的负极。其中，第一辅助电容C2和第二辅助电容C3的容量相等，旁路开关为单向开关且流通电流方向与充电期间电感电流方向相反。

本实施例中，加速器电路包括变压器、晶闸管S1及负载电容C1；旁路开关S3的受控端和晶闸管S1的受控端电连接；控制电路包括控制器；负载电容C1的两端分别与第四连接点P4及第五连接点P5电连接；变压器的一端通过晶闸管S1与第四连接点P4电连接，其另一端与第五连接点P5电连接。

控制电路包括控制器，还包括分别与控制器电连接的驱动电路和电压采样电路；控制器通过驱动电路分别与充电电路中的第一充电模块M1充电控制端、第二充电模块M2的充电控制端、能量回收电路及加速器电路电连接；控制器通过电压采样电路与回收电路的输出端口相连接；电压采样电路的正极端子电连接第四连接点P4，其负极端子电连接第五连接点P5；电压采样电路的正极端子电连接第四连接点P4，其负极端子电连接第五连接点P5。本实施例中，控制器通过CAN总线与充电电路中的第一充电模块M1通信端口和第二充电模块M2的通信端口通信连接；控制器通过故障总线与第一充电模块M1和第二充电模块M2的故障输出端口电连接；控制器通过串行端口COM4与上位机通信连接。

如图2所示，本实施例中，控制器基于DSP或FPGA设计，其包括通信模块、重复运行模块、放电时序模块、充电时序模块及保护模块；通信模块用于实现控制器分别与上位机、第一充电模块M1及第二充电模块M2之间的信息交互；重复运行模块用于重复频率输出放电时序控制器的触发信号并计数；放电时序模块与晶闸管S1的受控端电连接，其用于触发晶闸管S1的驱动信号4；充电时序模块的输出分别与第一充电模块M1的受控端、第二充电模块M2的受控端及旁路开关S3的受控端电连接，其用于输出分别作用于第一充电模块M1的受控端、第二充电模块M2的受控端及旁路开关S3的受控端的驱动信号1、驱动信号2及驱动信号3；保护模块用于根据故障总线及电压采样电路返回的取样电压、设置电压、晶闸管S1的触发信号、第一充电模块M1及第二充电模块M2的充电控制信号综合判断产生用于故障停机的停止触发信号，即保护模块根据充电模块的故障总线信号、电压采样电路返回的取样电压、设置电压、驱动信号4和充电信号1综合判断产生用于故障停机的停止触发信号2；通信模块获取运行所需要的参数，如脉冲数、脉冲频率、中断时间、触发延迟、充电时间和设置电压和运行控制指令，运行控制指令包括单次运行指令、重频运行指令和停止指令。本实施例中，通信模块通过串行接口CAN3分别与第一充电模块M1的通信端口及第二充电模块M2的通信端口通信连接，还通过COM4端口与上位机通信连接。

如图3所示，单次充电的工作过程如下：

能量回收电路的初始状态为：第一辅助电容C2和第二辅助电容C3的初始电压均为0，负载电容C1的电压为能量回收后的剩余电压u0；取第一充电模块M1及第二充电模块M2工作时的输出电流均为I0/2；在充电阶段的0时刻让第一充电模块M1工作，并在t1时刻将第一辅助电容C2的电压由0充高到u0，之后第一辅助电容C2电压高于负载电容C1的电压，从而回收电感L中开始形成电流，并形成一个半波振荡，定义振荡结束时刻为t2；由于第一辅助电容C2的容量远小于(约1/10)负载电容C1的容量，因而在t2时刻，第一辅助电容C2上的电压再次回落到u0；假定在0～t2之间的tx时刻让第二充电模块M2工作，将第二辅助电容C3电压由0升高到u0，且此时刻正好为t2；由于tx～t2阶段第二辅助电容C3的电压不高于u0，因而不会对0～t2阶段第一充电模块M1工作引起的上述状态产生影响；在t2时刻回收电感中电流振荡到峰值处，且值为I0，而此时第二充电模块M2将避开第二辅助电容C3与第一充电模块M1共同向回收电感L提供总和也为I0的总电流；由于第二辅助电容C3的容量与第一辅助电容C2的容量相等，因而第一充电模块M1将第一辅助电容C2由0充高到u0所需的时间(t1)与第二充电模块M2将第二辅助电容C3由0充高到u0所需的时间(t2-tx)相等，从而可知第二充电模块M2相对于第一充电模块M1的工作延迟时间tx值为t2-t1，由于t1～t2时间为半个振荡周期，因而延迟时间tx为固定值，且为第一辅助电容C2与回收电感L谐振周期的一半，与预设充电电压、负载电容C1剩余电压以及负载容量无关。由于在半波振荡结束的t2时刻充电模块提供的电流等于回收电感L的当前电流，因而后续过程是稳定的；当电压采样电路返回的取样电压达到设置电压时(t3时刻)，关闭所有对外的控制信号，由于回收电感L的续流作用，第一辅助电容C2和第二辅助电容C3的电压略微降低，同时负载电容C1的电压略微升高，在回收电感L电流降为0的t4时刻，充电过程完全结束。由于避免了充电过程中的辅助电容C1上的电压振荡，从而避免了第一充电模块M1及第二充电模块M2的输出过压；能量回收电路中的旁路开关S3在充电过程中的作用为通过限制回收电感L电流下降斜率的方式解决非理想因素引起的振荡，非理想因素包括第一充电模块M1和充电模块M2的输出电流不完全相等或者延迟控制不准确等。通过以上的延时控制，以不消耗能量的最优方式解决了充电阶段的振荡问题引起的充电模块输出过压、充电精度降低和回收电路损耗增大等问题，并且延迟控制量为固定值，具有广泛的适应性，易于实现。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，提供了实施例1中用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路的工作方法，控制器与上位机通信连接，由此实现控制器与上位机的数据交互，包括以下步骤：

S1.控制器实时获取第一充电模块M1及第二充电模块M2的运行状态，并实时向上位机发送第一充电模块M1、第二充电模块M2及控制电路的运行状态；具体的，在控制电路上电后，控制器中的通信模块处于运行状态，定时通过串行端口CAN3与第一充电模块M1及第二充电模块M2进行通信，实时获取第一充电模块M1及第二充电模块M2的运行状态；控制器中的通信模块还通过串行端口COM4与上位机进行通信，向上位机发送第一充电模块M1、第二充电模块M2及控制电路的运行状态。

S2.控制器获取来自上位机的预设充电时间、预设中断时间、预设触发延迟时间、预设充电时间、预设充电电压、预设重复频率及预设脉冲个数并存储，并实时获取来自上位机的单次充电指令、重频运行指令或停止触发指令；

S3.控制器获取到单次充电指令后，发送信号至第一充电模块M1的受控端、第二充电模块M2的受控端及能量回收电路中旁路开关S3的受控端，然后完成单次充电操作；

如图3所示，本实施例中，完成单次充电操作的具体步骤如下：

S301.充电的初始时刻，控制器同步输出第一充电信号CTR1至第一充电模块M1的受控端，及第一驱动信号CTR3至旁路开关S3的受控端，第一充电模块M1经能量回收电路向负载电容C1充电；具体的，当第一辅助电容C2的电压超过负载电容C1的初始电压时，第一充电模块M1经第一防反二极管D2和回收电感L向负载电容C1充电，充电初期第一辅助电容C2和回收电感L会形成一个半波振荡；

S302.第一充电模块M1至一个充电延迟时间后，控制器输出第二充电信号CTR2至第二充电模块M2的受控端，第二充电模块M2经能量回收电路向负载电容C1充电；具体的，第二充电模块M2首先对第二辅助电容C3进行充电，当第二辅助电容C3的电压超过负载电容C1的电压后，第二充电模块M2经第二防反二极管D3和回收电感L向负载电容C1充电，此时第一充电模块M1和第二充电模块M2共同向负载电容C1充电；

S303.完成本次充电后，同步关闭第一充电信号CTR1、第二充电信号CTR2及第三驱动信号CTR3。

本实施例中，充电延迟时间为存储于控制器ROM存储器中的固定值，其值大于或等于回收电感L及第一辅助电容C2谐振周期值的一半。

当判断是否完成本次充电时，控制器在输出第二充电信号CTR2至第二充电模块M2的受控端后进行计时，并实时通过电压采样电路采集的实际电压与预设充电电压进行比较，然后实时判断计时是否达到预设充电时间且实际电压是否达到预设充电电压，具体判断情况如下：

S302a.当充电时间未达到预设充电时间且实际电压未达到预设充电电压时，则保持第一充电信号CTR1、第二充电信号CTR2及第三驱动信号CTR3的持续输出，未完成本次充电；

S302b.当充电时间未达到预设充电时间且实际电压等于预设充电电压时，则同步关闭第一充电信号CTR1、第二充电信号CTR2及第三驱动信号CTR3，完成本次充电；

S302c.当充电时间达到预设充电时间但实际电压低于预设充电电压时，则同步关闭第一充电信号CTR1、第二充电信号CTR2及第三驱动信号CTR3，完成本次充电。

S4.控制器获取到重频运行指令后，控制器根据预设重复频率及预设脉冲个数运行，并按照相应的时序发送信号至加速器电路中的晶闸管S1的受控端、第一充电模块M1的受控端、第二充电模块M2的受控端及旁路开关S3的受控端，直至控制器的脉冲基数值小于预设脉冲个数后，则完成本次重频运行操作；此时，控制器的重复运行模块、放电时序模块和充电时序模块均处于关闭所有输出的状态。

本实施例中，控制器包括重复运行模块、放电时序模块及充电时序模块；如图4所示，完成本次重频运行操作的具体步骤如下：

S401.重复运行模块根据预设重复频率定时向放电时序控制器及充电时序控制器输出的第一触发信号并开始计数；

S402.充电时序控制器在接收到第一触发信号后，同步关闭第一充电信号CTR1、第二充电信号CTR2及第三驱动信号CTR3，结束充电状态；

S403.放电时序模块在接收到第一触发信号后启动计时，当计时时间等于预设触发延迟时间时，输出第四驱动信号CTR4至晶闸管S1的受控端，当计时时间等于预设中断时间时，输出第二触发信号至充电时序模块，然后重复步骤S3直至完成充电；其中，第四驱动信号CTR4的脉宽为20μs；

S404.步骤S403中完成单次充电后，当重复运行模块中的脉冲计数值小于预设脉冲个数时，继续定时输出第一触发信号，重复步骤S403，当重复运行模块中的脉冲计数值大于预设脉冲个数时，停止输出第一触发信号，完成本次重频运行操作。

S5.控制器获取到停止触发指令后，控制器关闭所有的输出的状态，同时关闭发送至充电电路、能量回收电路及加速器电路的控制信号，完成停机操作；即控制器中的重复运行模块、放电时序模块和充电时序模块均处于关闭所有输出的状态；

S6.控制器的保护模块实时运行，当检测到故障后输出停止触发信号2，然后进行步骤S5；具体的，在控制电路上电后，控制器中的保护模块处于运行状态，保护模块根据如图2所示的输入量进行逻辑判断识别出不同的故障类型，当识别到故障后输出停止触发信号2。

不同类型的故障判断条件如下：

a.在充电信号1有效(充电)期间，判断取样电压是否出现负斜率且负斜率值超过一定值，如果是则报“提前触发”故障；

b.在充电信号1有效(充电)期间，判断取样电压是否高于设置电压且超过一定值，如果是则报“过压”故障；

c.在驱动信号4产生时刻，判断取样电压是否低于设置电压一定值，如果是则报“未充满”故障；

d.驱动信号4产生时刻之后延时一段时间(如2ms)，判断此时取样电压是否低于设置电压一定值，如果不是则报“触发失败”故障；

e.如果故障总线有故障信号则报“充电模块异常”故障。

需要说明的是，以上的判断条件中的阈值均可根据实际情况选取。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路，其特征在于：包括能量回收电路、充电电路、控制电路及加速器电路；所述的充电电路通过第一连接点P1、第二连接点P2及第三连接点P3与能量回收电路电连接；所述的第一连接点P1及第二连接点P2均电连接充电电路的输出正极；所述的能量回收电路通过第四连接点P4及第五连接点P5与加速器电路电连接；

所述的充电电路包括第一充电模块M1及第二充电模块M2；所述的第一充电模块M1的输出正极电连接第一连接点P1，其输出负极电连接第三连接点P3；所述的第二充电模块M2的输出正极电连接第二连接点P2，其输出负极电连接第三连接点P3；

所述的控制电路包括控制器，还包括分别与控制器电连接的驱动电路和电压采样电路；所述的控制器通过驱动电路分别与充电电路中的第一充电模块M1充电控制端、第二充电模块M2的充电控制端、能量回收电路及加速器电路电连接；所述的控制器通过电压采样电路与回收电路的输出端口相连接；所述的电压采样电路的正极端子电连接第四连接点P4，其负极端子电连接第五连接点P5；所述的电压采样电路的正极端子电连接第四连接点P4，其负极端子电连接第五连接点P5。

2.根据权利要求1所述的用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路，其特征在于：所述的控制器通过CAN总线与充电电路中的第一充电模块M1通信端口和第二充电模块M2的通信端口通信连接；所述的控制器通过故障总线与第一充电模块M1和第二充电模块M2的故障输出端口电连接；所述的控制器通过串行端口COM4与上位机通信连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路，其特征在于：所述的能量回收电路包括回收电感L、回收二极管D1、第一防反二极管D2、第二防反二极管D3、第一辅助电容C2、第二辅助电容C3及旁路开关S3；所述的第一辅助电容C2的正极电连接第一连接点P1，其负极电连接第三连接点P3；所述的第二辅助电容C3的正极电连接第二连接点P2，其负极电连接第三连接点P3；所述的第一防反二极管D2的阳极电连接第一连接点P1，其阴极电连接回收二极管D1的阴极；所述的第二防反二极管D3的阳极电连接第二连接点P2，其阴极电连接回收二极管D1的阴极；所述的回收电感L的一端电连接回收二极管D1的阴极，其另一端电连接第四连接点P4；所述的旁路开关S3的两端分别电连接回收电感的两端；所述的回收二极管D1的阳极电连接第三连接点P3，其阴极电连接第一防反二极管D2的阴极、第二防反二极管D3的阴极和回收电感的一端；所述的能量回收电路的第四连接端子P4电连接加速器系统中负载电容的正极，第五连接端子P5电连接加速器系统中负载电容的负极。

4.根据权利要求3所述的用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路，其特征在于：所述的加速器电路包括变压器、晶闸管S1及负载电容C1；所述的旁路开关S3的受控端和晶闸管S1的受控端电连接；所述的控制电路包括控制器；所述的负载电容C1的两端分别与第四连接点P4及第五连接点P5电连接；所述的变压器的一端通过晶闸管S1与第四连接点P4电连接，其另一端与第五连接点P5电连接。

5.根据权利要求2所述的用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路，其特征在于：所述的控制器包括通信模块、重复运行模块、放电时序模块、充电时序模块及保护模块；所述的通信模块用于实现控制器分别与上位机、第一充电模块M1及第二充电模块M2之间的信息交互；所述的重复运行模块用于重复频率输出放电时序控制器的触发信号并计数；所述的放电时序模块与晶闸管S1的受控端电连接；所述的充电时序模块的输出分别与第一充电模块M1的受控端、第二充电模块M2的受控端及旁路开关S3的受控端电连接；所述的保护模块用于根据故障总线及电压采样电路返回的取样电压、设置电压、晶闸管S1的触发信号、第一充电模块M1及第二充电模块M2的充电控制信号综合判断产生用于故障停机的停止触发信号。

6.根据权利要求5所述的用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路，其特征在于：所述的通信模块通过串行接口CAN3分别与第一充电模块M1的通信端口及第二充电模块M2的通信端口通信连接，还通过COM4端口与上位机通信连接。

7.根据权利要求1-6任一所述的用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路的工作方法，其特征在于：所述的控制器与上位机通信连接，包括以下步骤：

S1.控制器实时获取第一充电模块M1及第二充电模块M2的运行状态，并实时向上位机发送第一充电模块M1、第二充电模块M2及控制电路的运行状态；

S2.控制器获取来自上位机的预设充电时间、预设中断时间、预设触发延迟时间、预设充电时间、预设充电电压、预设重复频率及预设脉冲个数并存储，并实时获取来自上位机的单次充电指令、重频运行指令或停止触发指令；

S3.控制器获取到单次充电指令后，发送信号至第一充电模块M1的受控端、第二充电模块M2的受控端及能量回收电路中旁路开关S3的受控端，然后完成单次充电操作；

S4.控制器获取到重频运行指令后，控制器根据预设重复频率及预设脉冲个数运行，并按照相应的时序发送信号至加速器电路中的晶闸管S1的受控端、第一充电模块M1的受控端、第二充电模块M2的受控端及旁路开关S3的受控端，直至控制器的脉冲基数值小于预设脉冲个数后，则完成本次重频运行操作；

S5.控制器获取到停止触发指令后，控制器关闭所有的输出的状态，同时关闭发送至充电电路、能量回收电路及加速器电路的控制信号，完成停机操作；

S6.控制器的保护模块实时运行，当检测到故障后输出停止触发信号，然后进行步骤S5。

8.根据权利要求7所述的用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路的工作方法，其特征在于：所述的步骤S3中，完成单次充电操作的具体步骤如下：

S301.充电的初始时刻，控制器同步输出第一充电信号CTR1至第一充电模块M1的受控端，及第一驱动信号CTR3至旁路开关S3的受控端，第一充电模块M1经能量回收电路向负载电容C1充电；

S302.第一充电模块M1至一个充电延迟时间后，控制器输出第二充电信号CTR2至第二充电模块M2的受控端，第二充电模块M2经能量回收电路向负载电容C1充电；

S303.完成本次充电后，同步关闭第一充电信号CTR1、第二充电信号CTR2及第三驱动信号CTR3。

9.根据权利要求8所述的用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路的工作方法，其特征在于：所述的步骤S302中，充电延迟时间为存储于控制器ROM存储器中的固定值，其值大于或等于回收电感L及第一辅助电容C2谐振周期值的一半；当判断是否完成本次充电时，控制器在输出第二充电信号CTR2至第二充电模块M2的受控端后进行计时，并实时通过电压采样电路采集的实际电压与预设充电电压进行比较，然后实时判断计时是否达到预设充电时间且实际电压是否达到预设充电电压，具体判断情况如下：

S302a.当充电时间未达到预设充电时间且实际电压未达到预设充电电压时，则保持第一充电信号CTR1、第二充电信号CTR2及第三驱动信号CTR3的持续输出，未完成本次充电；

S302b.当充电时间未达到预设充电时间且实际电压等于预设充电电压时，则同步关闭第一充电信号CTR1、第二充电信号CTR2及第三驱动信号CTR3，完成本次充电；

S302c.当充电时间达到预设充电时间但实际电压低于预设充电电压时，则同步关闭第一充电信号CTR1、第二充电信号CTR2及第三驱动信号CTR3，完成本次充电。

10.根据权利要求7所述的用于脉冲功率系统的充电、回收及控制电路的工作方法，其特征在于：所述的控制器包括重复运行模块、放电时序模块及充电时序模块；所述的步骤S4中，完成本次重频运行操作的具体步骤如下：

S401.重复运行模块根据预设重复频率定时向放电时序控制器及充电时序控制器输出的第一触发信号并开始计数；

S402.充电时序控制器在接收到第一触发信号后，同步关闭第一充电信号CTR1、第二充电信号CTR2及第三驱动信号CTR3，结束充电状态；

S403.放电时序模块在接收到第一触发信号后启动计时，当计时时间等于预设触发延迟时间时，输出第四驱动信号CTR4至晶闸管S1的受控端，当计时时间等于预设中断时间时，输出第二触发信号至充电时序模块，然后重复步骤S3直至完成充电；

S404.步骤S403中完成充电后，当重复运行模块中的脉冲计数值小于预设脉冲个数时，继续输出第一触发信号，重复步骤S403，当重复运行模块中的脉冲计数值大于预设脉冲个数时，停止输出第一触发信号，完成本次重频运行操作。