CN110808683B - 毫秒级的能量传递电路 - Google Patents

Abstract

一种毫秒级能量传递电路，包括初级能源、能量传递回路、负载电容、高压测量电路和闭环控制电路。本发明采用脉冲功率技术、高压开关技术和精确测量控制技术，输出高电压，毫秒级时间给负载电容能量泵浦，相比较传统的能量传递电路，可实现给大容量电容的毫秒级能量泵浦；同时高压测量电路及闭环控制电路对高压开关的精确控制，按照用户对电压需求，实现对输出负载电容精确能量泵浦。

Description

毫秒级的能量传递电路

技术领域

本发明涉及高压能量传递电路，尤其是涉及一种毫秒级的能量传递电路，用于惯性约束、高速动能产生和脉冲功率等领域。

背景技术

传统的能量传递电路采用高频电源技术，运用先进的智能动态调整技术，具有效率高、操作简单等特点。能量传递电路内部电力器件包括脉冲变压器、电感、电容器和半导体开关器件等，而传统的能量传递电路的输出峰值功率受限于脉冲变压器的漏感和半导体开关器件的载流能力，不能实现毫秒级对大容量电容负载高压能量泵浦。

脉冲功率技术，就是将缓慢储存起来的具有较高密度的能量，进行快速压缩，转换或者直接释放给负载的电物理技术。其实质是将脉冲能量在时间尺度上进行压缩，以获得在极短时间内的高峰值功率输出，可以在很短的时间内产生极高的电压、极高的温度，它可以将粒子加速到很高的速度，可产生极大的力量，也可远距离探测目标等。被广泛应用在国防科研、高新技术研究和民用工业等诸多领域中。

脉冲功率技术的基本原理是：将前端注入的能量，压缩到极短时间内输出，就可以增大输出功率。根据脉冲功率技术的基本原理，将前端注入大能量，利用高压开关技术将能量传输给负载电容器，可实现毫秒级给大容量负载电容高压能量泵浦。

高压开关技术具有回路简单，过流能力强，极短时间内的高功率输出，生产安装方便等优势，所以本发明采用脉冲功率技术和高压开关技术，来制造一种实现毫秒内给大容量电容器能量泵浦、便于生产的毫秒级能量传递电路。

发明内容

本发明提供一种毫秒级能量传递电路，采用功率脉冲技术和高压开关技术，以实现毫秒内给大容量电容器能量泵浦的目的。

本发明技术解决方案如下：

一种毫秒级能量传递电路,其特点在于，包括初级能源、毫秒级能量传递电路、负载电容器组、高压测量电路和闭环控制电路，

所述的毫秒级能量传递电路包括依次连接的高压开关和脉冲成形电感，所述的高压开关的另一端与所述的初级能源的一端相连，所述的脉宽成形电感的另一端与所述负载电容器组的一端相连；

所述的初级能源的一端经所述能量传递电路与所述的负载电容器组的一端相连，所述的初级能源组的另一端直接与所述的负载电容器组的另一端相连；

所述的负载电容器组的两端分别连接所述的高压测量电路的两端；

所述的高压测量电路由串联的电容和串联电阻并联构成，所述的电容分别为高压电容和普通电容，所述的电阻分别为高压高精度低温漂电阻和高精度低温漂电阻，两个电阻和两个电容的中心点短路构成第三个端口，高压测量电路的两端分别连接负载电容器组的两端，第三个端口与所述的闭环控制电路的比较器的正输入端相连，比较器的负输入端与用户设置端相连，比较器的输出端与所述的高压开关驱动器的输入端相连；

所述的闭环控制电路由高压开关、限流电阻、高压开关驱动器和比较器组成，所述的高压开关的正极和限流电阻一端串联，所述的高压开关的负极与所述的高压开关和脉冲成形电感的连接点相连，所述的限流电阻的另一端与所述的脉宽成形电感的另一端连接，所述的高压开关驱动器的输出端与所述的高压开关的控制端相连。

所述的初级能源采用高压油浸电容器、高压金属薄膜电容器、铝空气电池、超级电容器或锂电池。

可选地，所述高压开关采用晶闸管模块。

本发明的有益效果是：

本发明采用功率脉冲技术和高压开关技术，可实现给大容量电容器组毫秒级高压能量泵浦，相比于传统的能量传递电路，相同能量传输下，能量传递时间大大缩短，且在能量传递电路运行期间，可完全与电网隔离，可实现移动式(例如车载)能量泵浦运行模式。

附图说明

图1是本发明毫秒级能量传递电路的原理框图；

图2是本发明毫秒级能量传递电路的电路原理图；

图3是本发明能量传递电路的电路示意图；

图4是本发明闭环控制电路示意图；

图5是本发明能量传递电路电压波形示意图；

图6是本发明能量传递电路电流波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不以此限制本发明的保护范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参见图1，由图可见，本发明毫秒级能量传递电路,包括初级能源1、毫秒级能量传递电路2、负载电容器组3、高压测量电路4和闭环控制电路5，

参见图3，所述的毫秒级能量传递电路2包括依次连接的高压开关22和脉冲成形电感23，所述的高压开关22的另一端与所述的初级能源1的一端相连，所述的脉宽成形电感23的另一端与所述负载电容器组3的一端相连；

所述的初级能源1的一端经所述能量传递电路2与所述的负载电容器组3的一端相连，所述的初级能源1的另一端直接与所述的负载电容器组3的另一端相连；

所述的负载电容器组3的两端分别连接所述的高压测量电路4的两端；

所述的高压测量电路4由串联的电容和串联电阻并联构成，所述的电容分别为高压电容和普通电容，所述的电阻分别为高压高精度低温漂电阻和高精度低温漂电阻，两个电阻和两个电容的中心点短路构成第三个端口，高压测量电路4的两端分别连接负载电容器组3的两端，第三个端口与所述的闭环控制电路5的比较器54的正输入端相连，比较器54的负输入端与用户设置端相连，比较器54的输出端与所述的高压开关驱动器53的输入端相连；

参见图4，所述的闭环控制电路5由高压开关51、限流电阻52、高压开关驱动器53和比较器54组成，所述的高压开关51的正极和限流电阻52一端串联，所述的高压开关51的负极与所述的高压开关22)和脉冲成形电感 23的连接点相连，所述的限流电阻52的另一端与所述的脉宽成形电感23的另一端连接，所述的高压开关驱动器53的输出端与所述的高压开关51的控制端相连。

所述的初级能源1采用高压油浸电容器、高压金属薄膜电容器、铝空气电池、超级电容器或锂电池。

高压测量电路4的测量值连接闭环控制电路5。初级能源1将储存的能量由闭环控制电路5控制能量传递电路2中的高压开关21输送至负载电容器组3，能量传递电路2将能量转化为毫秒级的高压脉冲输送给负载电容器组3。

本实施例中，负载电容器组3包括多个并联的高压电容31，负载电容器组3两端分别与高测量回路4两端相连，同时连接能量传递电路2的脉宽成形电感23一端和初级能源1一端。

本实施例中，高压测量回路4由高压电容41、电容42、高压高精度低温漂电阻43、高精度电阻44串并联而成，高测量回路4有3个端口，其中两端分别与负载电容器组3相连，另一端作为测量值输出端与闭环控制电路5 的比较器相连。

本实施例中，高压开关22和高压开关51为半导体器件，采用晶闸管；初级能源1采用高压油浸电容器、高压金属薄膜电容器、铝空气电池、超级电容器或锂电池。

通过以下说明进一步的认识本发明的特性及功能。

本实施例毫秒级能量传递电路，应用于电磁炮。具体地，如图2所示，初级能源1作用是为能量传递电路提供能量；初级能源1与能量传递电路 2相连；能量传递电路2，其作用是产生毫秒级的高压脉冲；其结构上包括：产生毫秒级高压脉冲的高压开关21；控制输出脉冲宽度的脉宽成形电感22；能量传递电路2与负载电容器组3相连；

负载电容器组3由多只高压电容并联组成，其两端分别与高压测量电路4相连；

高压测量电路4，其作用是时时测量负载电容器组3两端的电压值，给闭环控制电路5提供一个与负载电容器两端电压成比例的低压测量值；高压测量电路4一端与闭环控制电路5相连；

闭环控制电路5，其作用是在接收到高压测量电路4的低压测量值后，与用户设置端55的设置值比较，从而控制高压开关41的动作，实现负载电容器3两端输出电压满足客户需求。

本发明毫秒级能量传递电路具体工作过程如下：初级能源1通过某个装置充好所需的能量；能量传递电路2通过控制高压开关21，形成一定宽度的脉冲电压将能量传输给负载电容器组3；负载电容器组3两端的电压由高压测量电路4测量而得，测量值输入至闭环控制电路5且与闭环控制电路中的比较器54另外一端的用户设置参数55相比较后所得的值连接至开关驱动电路，控制闭环控制电路5中的高压开关51动作，当高压测量电路4的测量值等于用户设置参数55时，控制高压开关51闭合，使负载电容器3上的电容电压达到用户满意的电压值。

综上所述，本发明提供的毫秒级能量传递电路，采用功率脉冲技术和高压开关技术，输出毫秒级的脉冲电压，相比传统的能量传递电路，实现给大容量电容毫秒级的高压能量泵浦，使能量传递高频化；在能量传递电路使用期间，初级储能电容如果能量足够，在限定的能量传递次数内，可脱离电网，实现移动式给负载多次能量传递，例如车载。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种毫秒级能量传递电路,其特征在于，包括初级能源（1）、毫秒级能量传递电路（2）、负载电容器组（3）、高压测量电路（4）和闭环控制电路（5）；

所述的毫秒级能量传递电路（2）包括依次连接的第一高压开关（22）和脉冲成形电感（23），所述的第一高压开关（22）的另一端与所述的初级能源（1）的一端相连，所述的脉冲成形电感（23）的另一端与所述负载电容器组（3）的一端相连；

所述的初级能源（1）的一端经所述能量传递电路（2）与所述的负载电容器组（3）的一端相连，所述的初级能源（1）的另一端直接与所述的负载电容器组（3）的另一端相连；

所述的负载电容器组（3）的两端分别连接所述的高压测量电路（4）的两端；

所述的高压测量电路（4）由串联的电容和串联电阻并联构成，所述的电容分别为高压电容和普通电容，所述的电阻分别为高压高精度低温漂电阻和高精度低温漂电阻，两个电阻和两个电容的中心点短路构成第三个端口，高压测量电路（4）的两端分别连接负载电容器组（3）的两端，第三个端口与所述的闭环控制电路（5）的比较器（54）的正极输入端相连，比较器（54）的负极输入端与用户设置端相连，比较器（54）的输出端与高压开关驱动器（53）的输入端相连；

所述的闭环控制电路（5）由第二高压开关（51）、限流电阻（52）、高压开关驱动器（53）和比较器（54）组成，所述的第二高压开关（51）的正极和限流电阻（52）一端串联，所述的第二高压开关（51）的负极与所述的第一高压开关（22）和脉冲成形电感（23）的连接点相连，所述的限流电阻（52）的另一端与所述的脉冲成形电感（23）的另一端连接，所述的高压开关驱动器（53）的输出端与所述的第二高压开关（51）的控制端相连；

所述的高压测量电路（4）的测量值连接闭环控制电路（5），初级能源（1）将储存的能量由闭环控制电路（5），控制能量传递电路（2）中的高压开关（21）输送至负载电容器组（3），能量传递电路（2）将能量转化为毫秒级的高压脉冲输送给负载电容器组（3）；所述的第一高压开关（22）和第二高压开关（51）为晶闸管。

2.根据权利要求1所述的毫秒级能量传递电路，其特征在于，所述的初级能源（1）采用高压油浸电容器、高压金属薄膜电容器、铝空气电池、超级电容器或锂电池。

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