CN110814146A - 一种应用于电液成形的全固态高压脉冲发生电路及装置 - Google Patents

Abstract

一种应用于电液成形的全固态高压脉冲发生电路及装置，包括多级充放电模块、开关模块及驱动模块。多级充放电模块用于并联充电或串联放电，当并联充电时将千伏级电能进行储存，当串联放电时产生目标脉冲电流。开关模块当关断时控制多级充放电模块并联充电，当导通时控制多级充放电模块串联放电。驱动模块用于当接收到触发信号时，输出同步驱动信号至开关模块，以驱动开关模块进行导通。上述的全固态高压脉冲发生电路及装置，通过多级充放电模块并联充电和串联放电，仅利用千伏级电能即可产生目标脉冲电流，成本低，实用性高，解决了传统的电液成形技术由于采用高压充电电源和高压脉冲电容器而导致的成本高、稳定性低，从而实用性低的问题。

Description

一种应用于电液成形的全固态高压脉冲发生电路及装置

技术领域

本发明属于电液成形技术领域，尤其涉及一种应用于电液成形的全固态高压脉冲发生电路及装置。

背景技术

近年来，航空航天、交通运输等先进制造技术的快速发展，对工业产品整体结构轻量化的要求越来越高，其中，结构轻量化和材料轻量化是实现产品整体减重的两个重要方面，为此，轻质合金(例如镁合金、铝合金、钛合金及高强钢)等材料薄壁构件得到了越来越广泛的应用。但上述材料都是高强度难成形的材料，在室温下变形困难，准静态条件下成形极限偏低，制件的形状精度和尺寸精度难以满足技术要求。目前，通常利用热成形技术和冲压成形技术进行塑性加工，对于热成形工艺，提高温度可以提高材料的成形性，但采用热成形工艺严重的问题在于，高温成形会使合金材料性能改变，零件强度降低；而采用常规的冲压成形工艺，则由于上述材料高强度、延展性差的特性，导致成形不良率很高。

由于高速率成形技术具有成形精度高、零件表面质量好、能提高材料成形性能等优点，适于应用在难变形材料的塑性加工制造中，高速率成形技术成为在室温下提高材料的成形性的重要手段。而电液成形作为一种典型的高速率成形技术，是一种将存储在电容器中的电能瞬间释放在液体中的电极间隙之间、通过液体中等离子体爆炸过程获得强烈的冲击波载荷、并由液体介质(通常为水)传递载荷推动金属板料或管材等坯料在模具中发生塑性变形的成形制造工艺。电液成型技术是一种新兴的加工技术，属于高能成形新工艺，相对于常规的热成形和冲压成形方法,电液成形具有以下特点：成形速度高，工艺柔性高，成形过程稳定，工件回弹小，成形质量高；并且，能量易于调整控制，特别适合于加工管材胀形零件，具有单面模具，减少工装模具。此外，电液成形对材料电导率无要求，可用于高强度高硬度的金属板材的成形加工能显著提高材料成形性能，在薄壁难变形零件的精密成形制造方面将起到越来越大的作用，电液成形在塑性成形领域有独特的优势。

电液成形的加工能力决定于电容器所储存的能量，其公式如下E＝CU²/2，其中E为电容器储能，单位为J；C为电容器容量，单位uF；U为电压，单位KV。经试验，通常中小型的高强度高硬度的金属板材的成形需要能量为4K～20KJ，如E＝20000J,充电电源电压为20KV，则电容器容量需达到100uF。从公式看，提高充电电源电压最能有效提高能量，但脉冲电容电压规格越高，体积和成本相应呈指数式增长。目前，应用于电液成形的传统高压脉冲发生器结构多是由一个高压直流充电电源、一个高压开关及一个高压脉冲电容器组成。高压直流充电电源输出通常需要数万伏，由于要高压隔离，导致电源体积非常大，设计复杂，成本昂贵。高压开关常使用气体开关作为主开关器件，主要种类有火花隙(Spark Gap)和场畸变开关等，这些开关的电压体积和重量较大，加工安装复杂，工作过程中电极的烧蚀等缺陷限制了高压脉冲发生器的工作寿命，并且需要为其准备专用的开关触发电路和开关内供气、调压设备。气体开关为半控型开关，仅能通过电脉冲触发导通，关断则由电弧熄灭时间和电极间绝缘强度恢复情况决定，使得输出上升沿和下降沿有较大导通和关断时间较长，导通有一定的延时，影响到输出脉冲重复频率的提高。采用气体开关器件，重复频率低寿命短，稳定性差，一致性差，参数调整困难等。高压脉冲电容器体积庞大，价格昂贵，一个容量100uF，50000V规格高压脉冲电容器高压电容体积如同一个成人大小，体积庞大，结构笨重；电容器的容量越大，电压规格越高，成本呈指数式增长，但可充放电次数反而减少，通常只有数百次，导致电液成形的加工成本高，目前只应用于实验室中，进行科研，严重限制了电液成形技术在加工产业中的应用。

因此，传统的电液成形技术方案中存在着由于高压脉冲发生器的成本高、结构笨重、稳定性低而导致的实用性低、无法广泛应用于加工产业中的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种应用于电液成形的全固态高压脉冲发生电路及装置，旨在解决传统的电液成形技术方案中存在着由于高压脉冲发生器成本高及稳定性低而导致的实用性低的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种应用于电液成形的全固态高压脉冲发生电路，包括：

多级充放电模块，与放置于液体中的放电电极连接，多级所述充放电模块用于进行并联充电或串联放电，当并联充电时对输入的千伏级电能进行储存，当串联放电时产生目标脉冲电流，以对所述放电电极进行放电；

开关模块，与多级所述充放电模块连接，所述开关模块用于当关断时控制多级所述充放电模块并联充电，或者当导通时控制多级所述充放电模块串联放电；以及

驱动模块，与所述开关模块进行连接，所述驱动模块用于当接收到触发信号时，输出同步驱动信号至所述开关模块，以驱动所述开关模块进行导通。

本发明实施例的第二方面提供了一种应用于电液成形的全固态高压脉冲发生装置，包括：

放置于液体中的放电电极；和

上述的全固态高压脉冲发生电路，所述全固态高压脉冲发生电路用于产生所述目标脉冲信号并将所述目标脉冲信号输出至所述放电电极，以使所述放电电极放电。

上述的一种应用于电液成形的全固态高压脉冲发生电路及装置，通过利用多级充放电模块并联充电和串联放电，仅利用千伏级电能即可产生目标脉冲电流，多级充放电模块并联充电，当充满电时，每级充放电模块达到的电压均为充电电源输出的电压；多级充放电模块在串联放电时的放电电压为多级充放电模块达到的电压之和，因此串联放电时可产生目标脉冲电流，目标脉冲电流瞬间作用在液体中的放电电极间隙之间，通过液体中等离子体爆炸过程获得强裂的冲击波载荷，液体传递载荷以推动金属板料或管材在模具中发生塑形变形。上述的全固态高压脉冲发生电路及装置成本低，实用性高，解决了传统的高压充电电源和高压脉冲电容器由于成本高、稳定性低而导致的实用性低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种应用于电液成形的全固态高压脉冲发生电路的模块结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的全固态高压脉冲发生电路的模块结构示意图；

图3为图1所示的全固态高压脉冲发生电路中充放电模块和开关模块的示例电路原理图；

图4为图1所示的全固态高压脉冲发生电路中多级充放电模块并联充电的工作原理图；

图5为图1所示的全固态高压脉冲发生电路中多级充放电模块串联放电的工作原理图；

图6为图1所示的全固态高压脉冲发生电路中驱动模块的示例电路原理图；

图7为图2所示的全固态高压脉冲发生电路中多路输出高压隔离驱动电源模块的示例电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，为本发明一实施例提供的一种应用于电液成形的全固态高压脉冲发生电路的模块结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种应用于电液成形的全固态高压脉冲发生电路，包括多级充放电模块10、开关模块20及驱动模块30。

其中，多级充放电模块10与放电电极200连接，放电电极200置于液体中，开关模块20与多级充放电模块10连接，驱动模块30与开关模块20连接。

多级充放电模块10用于进行并联充电或串联放电，当并联充电时对输入的千伏级电能进行储存，当串联放电时产生目标脉冲电流，以对放电电极200进行放电。

具体的，目标脉冲电流为高压脉冲电流，高压脉冲电流瞬间作用在放置于液体中的放电电极的间隙之间，通过液体中等离子体的爆炸过程获得强烈的冲击波载荷，液体传递冲击波载荷，以推动金属板料或管材在模具中发生塑形变形。本实施例中，目标脉冲电流所对应的电压为20000V。

本实施例提供的全固态高压脉冲发生电路，应用于电液成形技术中，包括20级充放电模块10，第一级充放电模块10接入千伏级电能，该千伏级电能以直流电压的形式输入。由于本发明采用多级充放电模块10并联充电、串联放电，只需利用千伏级电能即可产生目标脉冲电流，摒弃了传统的高压脉冲发生器所依赖的可输出数万伏电压的高压充电电源，降低了高压隔离的要求，因此电源体积大大减小，设计成本和维护成本降低。

开关模块20用于当关断时控制多级充放电模块10并联充电，或者当导通时控制多级充放电模块10串联放电。

具体地，开关模块20包括多个开关单元，开关单元的数量与充放电模块10的数量相一致，并且多个开关单元与多级充放电模块10一一对应连接，分别控制相应的充放电模块10进行充放电。所有开关单元同时导通或者同时关断，同时导通时即代表开关模块20处于导通状态，同时关断时即代表开关模块20处于关断状态。

多级充放电模块10和多个开关单元共同组成了一个基于Marx结构的电路，通过多个开关单元分别同时控制各自所对应的充放电模块10进行充/放电，从而整体上达到多级充放电模块10并联充电或串联放电的效果。

驱动模块30用于当接收到触发信号时，输出同步驱动信号至开关模块20，以驱动开关模块20进行导通。

具体地，开关模块20中的所有开关单元同时接收到该同步驱动信号，以同时导通。驱动模块30接收到触发信号时，分多路输出同步驱动信号至多个开关单元。触发信号为脉冲信号，当驱动模块30接收到该触发信号时，分多路同步传输该触发信号。

驱动模块30将触发信号转换为光信号进行传输，并最终再次转换为电信号。触发信号以光的形式进行传输的优点在于：传输速度快，大大降低了信号延时的时长，保证了触发信号在多路传输过程中的一致性，从而确保多个开关单元能够同时接收到同步驱动信号，以实现同时导通；并且光信号与电路中的电信号互不干扰，实现了信号隔离。

请参阅图2，为本发明另一实施例提供的全固态高压脉冲发生电路的模块结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

在一可选实施例中，上述的全固态高压脉冲发生电路还包括多路输出高压隔离驱动电源模块50。多路输出高压隔离驱动电源模块50连接开关模块20及驱动模块30。具体地，多路输出高压隔离驱动电源模块50采用电流母线型多输出高压隔离驱动电源电路实现。

在一可选实施例中，上述的全固态高压脉冲发生电路还包括充电电源模块40、主控模块60以及限流模块70。

其中，充电电源模块40及驱动模块均连接市电100，充电电源模块40还连接多级充放电模块10。主控模块60连接多路输出高压隔离驱动电源模块50及驱动模块30，限流模块70连接多级充放电模块10。

充电电源模块40用于将市电100转换为千伏级电能后输出给多级充放电模块10，供多级充放电模块10并联充电。具体的，充电电源模块40提供1KV直流电压。相比传统需依赖可输出数万伏电压的高压充电电源的高压脉冲发生器，本实施例所提供的全固态高压脉冲发生电路应用于电液成形技术中，充电电源模块40仅需提供1KV直流电压，降低了高压隔离的要求，体积小，并且成本大大降低。

多路输出高压隔离驱动电源模块50用于对开关模块20及驱动模块30进行供电。具体地，多路输出高压隔离驱动电源模块50提供24V直流电压。

主控模块60用于控制多路输出高压隔离驱动电源模块50进行工作，主控模块60还用于输出触发信号至驱动模块30，以控制驱动模块30进行工作。具体地，当需要多级充放电模块10串联放电时，主控模块60输出触发信号至驱动模块30，驱动模块30分多路传输该触发信号，并最终分多路输出同步驱动信号至对应的充放电模块10。

限流模块70用于当多级充放电模块10并联充电时，抑制充电回路中的瞬态电流。

具体的，充电电源模块40在输出电流一定的情况下，电压越高功率也越高，充电电源模块40的体积也越大，并且成本也越高；限流模块70使得充电回路中的电流无法突变，而是渐变，从而降低了对充电电源模块40的电源功率要求，从而减小了充电电源模块40的体积和降低了成本。

可选的，限流模块70采用限流电感L实现，限流电感L的第一端连接充电电源模块40的负极，限流电感L的第二端连接多级充放电模块10；当多级充放电模块10并联充电时，限流电感相当于串联在充电回路的干路上，以抑制充电回路中的电流突变而触发充电电源模块40的过流保护机制、影响全固态高压脉冲发生电路工作。

请参阅图3，为图1所示的全固态高压脉冲发生电路中充放电模块10模块的示例电路原理图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

在一可选实施例中，每级充放电模块10均包括第一快恢复二极管(图3所示的D1、D3、D5、D7)、第二快恢复二极管(图3所示的D2、D4、D6、D8)以及电容器(图3所示的C1、C2、C3、C4)。

其中，第一快恢复二极管的阳极连接上一级充放电模块10或者接入千伏级电能，第一快恢复二极管的阴极连接电容器的第一端，电容器的第二端连接第二快恢复二极管的阳极，第二快恢复二极管的阴极连接下一级充放电模块10。图3仅示出了其中4级充放电模块10的示例电路原理图。

具体的，每级充放电模块10中的电容器用于进行充放电，多级充放电模块10的电容器根据开关模块20的导通状态有并联和串联两种连接方式，并且多个电容器并联时同时充电、串联时同时放电。

电液成形技术的加工能力取决于电容器所储存的能量，其公式为：

E＝(C*U²)/2

其中，E为电容器储能，单位为焦耳(J)；C为电容器容量单位为微法(μF)；U为电压，单位为千伏(KV)。从公式可知，提高充电电源电压可有效提高能量，但随着电容器的电压规格的增加，其体积和成本指数式增长。通常中小型的高强度高硬度的金属板材在进行电液成形，需要的能量为4KJ～20KJ，如E＝20000J,充电电源电压为10KV，则电容器为400uF。传统的高压脉冲发生器通常采用容量为100μF，电压规格为20000V的电容器进行充放电，并配合可输出数万伏电压的高压充电电源进行工作。一个容量为100uF的电容器相当于一个成人大小，随着电容器的电压规格的增加，其体积和成本指数式增长。

而本实施例通过采用多级充放电模块10进行充放电，使多个电压规格低的电容器并联充电，每个电容器在充满电后都储存了1KV电能，再使多个电容器串联放电，放电电压为所有电容器的电压之和，从而产生目标脉冲电流。相比传统高压脉冲发生器，本实施例提供的全固态高压脉冲发生电路应用于电液成形技术中，只需采用容量和电压规格低的多个电容器进行充放电，大大降低了使用成本和维护成本，实用性高。

快恢复二极管，简称RFD(Fast Recovery Diode)，是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，因快恢复二极管的基区很薄，反向恢复电荷很小，所以恢复二极管的反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压即耐压值较高。

可选的，每级充放电模块10均可采用两个隔离电阻分别替代上述的第一快恢复二极管和第二快恢复二极管。采用快恢复二极管取代隔离电阻的作法，优点在于：在串联充电时，快恢复二极管自然导通，缩短了充电时间的同时，减少了功率损耗。

请参阅图3，在一可选实施例中，开关模块20包括多个开关单元(图3所示的201、202、203、204)，每个开关单元均采用绝缘栅双极型晶体管(图3所示的S1、S2、S3、S4)实现。本实施例中，绝缘栅双极型晶体管的常态通电电流为40A，脉冲放电电流可达160A。图3仅示出了4个开关单元的示例电路原理图。

多个绝缘栅双极型晶体管分别一一对应连接充放电模块10，每个绝缘栅双极型晶体管对应连接一级充放电模块10。具体地，每个绝缘栅双极型晶体管的漏极连接对应的充放电模块10中第一快恢复二极管的阴极，每个绝缘栅双极型晶体管源极连接对应的充放电模块10中第二快恢复二极管的阴极。所有绝缘栅双极型晶体管的栅极连接驱动模块30，用于接收同步驱动信号。

请参阅图4，为多级充放电模块10并联充电时的工作原理图。以下详述多级充放电模块10并联充电的工作原理：

多个绝缘栅双极型晶体管处于关断状态，在电路中相当于断路。充电电源模块40输出1KV直流电压，每级充放电模块10中的第一快恢复二极管和第二快恢复二极管正向导通，所有电容器并联充电，充满电时，每个电容器均储存有1KV直流电压。

根据电容器的特性，在充电时，通电瞬间电容器的充电电流非常大，而后充电电流变小。多个电容器并联并开启充电时的电流很大，容易触发充电电源模块40的过流保护机制，在充电回路中增加限流电感L，利用电感的电流不能突变的原理，使得充电电流在一个小的范围内变化，降低充电电源模块40的功率要求，也降低充电电源模块40的成本和减小充电电源模块40的体积。

本实施例中，采用多个绝缘栅双极型晶体管组成开关模块20，控制多级充放电模块10进行并联充电或者串联放电，取代了传统的电液成形术中高压脉冲发生器所采用的真空触发开关、火花隙开关或者场畸变开关，大大增强了电路的稳定性，并且控制方式简单。绝缘栅双极型晶体管的体积远远小于真空触发开关、火花隙开关或者场畸变开关，通过采用绝缘栅双极型晶体管，进一步减小了电路和装置的体积。

请参阅图5，为多级充放电模块10串联放电时的工作原理图，以下详述多级充放电模块10串联放电的工作原理：

多个绝缘栅双极型晶体管接收到同步驱动信号，从关断状态转变为导通状态，接入电路中。充电电源模块40停止输出直流电压，在放电回路中相当于断路。每级充放电模块10中的电容器通过绝缘栅双极型晶体管串联，多个电容器进行串联放电从而产生高压脉冲电压，此时每级充放电模块10中的第一快恢复二极管和第二快恢复二极管承受反向电压而截止。多个电容器串联放电的放电电压为所有电容器储存的电压之和。

如果某一个开关单元的绝缘栅双极型晶体管发生故障而无法可控导通，则与该绝缘栅双极型晶体管对应的充放电模块10中的第二快恢复二极管将会由于两端的正向电压而导通，将该绝缘栅双极型晶体管和该充放电模块10中的电容器旁路掉，直接与下一级电容器串联，从而不影响其余充放电模块10正常放电。

例如，图3中的绝缘栅双极型晶体管S2发生故障时，电容器C2、电容器C3、电容器C4、限流电感L以及第一快恢复二极管D1组成新的放电回路，电容器C2和绝缘栅双极型晶体管S2被旁路掉。

上述的多级充放电模块10和开关模块20共同组成了一个固态MARX结构的高压脉冲发生器，固态MARX结构的高压脉冲发生器的特点在于：多个电容器并联充电、串联放电。

请参阅图6，为图1所示的全固态高压脉冲发生电路中驱动模块30的示例电路原理图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

驱动模块30包括多个驱动单元，多个驱动单元一一对应连接多个开关单元，即一一对应连接多个绝缘栅双极型晶体管，每个驱动单元均连接主控模块60。

每个驱动单元用于当同时接收到触发信号时，将触发信号转换为光信号并进行传输，再将光信号转换为同步驱动信号后，输出至相应的绝缘栅双极型晶体管，以驱动相应的绝缘栅双极型晶体管进行导通。

在一可选实施例中，每个驱动单元均包括光纤发送器TX、光纤RIN以及光纤接收器RX。其中，光纤发送器TX与主控模块60进行连接，光纤发送器TX与光纤接收器RX通过光纤RIN进行连接；光纤接收器RX与相应的绝缘栅双极型晶体管通过绝缘栅双极型晶体管驱动器进行连接。

驱动模块30为采用光纤隔离传输的多路开关同步驱动电路，多个驱动单元一一对应连接多个绝缘栅双极型晶体管，用于同步驱动多个绝缘栅双极型晶体管进行导通，采用光纤进行隔离传输，实现信号隔离，安全性高、稳定性高。

主控模块60输出触发信号至光纤发送器TX，光纤发送器TX将该触发信号转化为光信号输出至光纤RIN进行传输，由光纤接收器RX接收该光信号并将之转化为同步驱动信号后输出至对应的绝缘栅双极型晶体管。光纤接收器RX内置信号处理电路，该信号处理电路用于将接收到的光信号转换为电信号并进行放大处理，从而得到同步驱动信号。图6仅示出了驱动模块30中任意一个驱动单元的示例电路原理图。

本实施例提供的全固态高压脉冲发生电路，应用于电液成形技术中，该电路采用光纤RIN传输触发信号的优点在于：光纤传输速率高达10mbs，传输速度快，大大减小了信号延时，保证了触发信号在多路传输过程中的一致性，从而确保多个开关单元能够同时接收到同步驱动信号，以实现同时导通；并且光信号与电路中的电信号互不干扰，实现了信号隔离。光纤自身的绝缘强度可达数十千伏每米，完全能满足隔离20kV电压的要求；可选的，本实施例选用塑模光纤，塑模光纤具有较好的抗拉、抗弯折性能，成本低于玻璃光纤，同时具有良好的绝缘特性。

请参阅图7，为图2所示的全固态高压脉冲发生电路中多路输出高压隔离驱动电源模块50的示例电路原理图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

多路输出高压隔离驱动电源模块50采用电流母线型多输出高压隔离驱动电源电路实现。

在一可选实施例中，多路输出高压隔离驱动电源模块50包括逆变电源501、多个电流源型变压器502(Tr1、Tr2……Trn)以及处理单元503。

其中，多个电流源型变压器502以同一根高压电缆LIN作为原边绕组，多个电流源型变压器均包括一个环形磁芯和至少一个副边绕组。每个电流源型变压器502的原边绕组只有一匝，每个电流源型变压器502的副边绕组可为一匝或多匝。

逆变电源501用于将直流电流逆变为交流电流后，输出至高压电缆LIN。

具体的，逆变电源501包括逆变器和电感-电容-电感谐振电路。逆变电源501接入市电100，现将市电100转换为高频交变电压方波，高频交变电压方波传输至电感-电容-电感谐振后，在高压电缆LIN上得到高频的正弦特性的交流电流。电感-电容-电感谐振电路具有好的滤波特性，减少原边电路中的无功损耗，提高系统传输功率。

多个电流源型变压器502的副边绕组用于当高压电缆LIN接收到交流电流时，感生出交流电压并输出。

多个处理单元503用于将交流电压进行整流处理、滤波处理以及稳压处理后，输出电源信号至开关模块20和驱动模块30，以对开关模块20和驱动模块30进行供电。

可选的，多路输出高压隔离驱动电源模块50还包括电力补偿单元，与处理单元503连接，电力补偿单元包括多个电力补偿单元电容(Cb1、Cb2……Cbn)，多个电力补偿单元电容一一对应连接处理单元503，以对副边电路进行电力补偿。在电力系统中，用电设备在使用时会产生电感性的无功功率，它会使多路输出高压隔离驱动电源模块50的容量使用效率降低，而通过在系统中适当地增加电容的方式就可以改善这个问题。并且，多个电力补偿单元电容使每一路输出的电压保持一致，在输出路数增减时每一路的输出电压不会发生变化，高压电缆LIN的电流在不同负载下保持恒定。

本发明实施例的第二方面提供了一种用于电液成形的全固态高压脉冲发生装置，包括放置于液体中的放电电极200和上述的全固态高压脉冲发生电路，全固态高压脉冲发生电路用于产生目标脉冲信号并将目标脉冲信号输出至放电电极，以使放电电极放电。

可选的，该液体为水。

综上所述，本发明的实施例提供了一种应用于电液成形的全固态高压脉冲发生电路及装置，通过利用多级充放电模块并联充电和串联放电，仅利用千伏级电能即可产生目标脉冲电流，多级充放电模块并联充电，当充满电时，每级充放电模块达到的电压均为充电电源输出的电压；多级充放电模块在串联放电时的放电电压为多级充放电模块达到的电压之和，因此串联放电时可产生目标脉冲电流，目标脉冲电流瞬间作用在液体中的放电电极间隙之间，通过液体中等离子体爆炸过程获得强裂的冲击波载荷，液体传递载荷以推动金属板料或管材在模具中发生塑形变形。上述的全固态高压脉冲发生电路及装置体积小，成本低，实用性高，解决了传统的高压充电电源和高压脉冲电容器由于体积大、成本高、稳定性低而导致的实用性低的问题。

在本文对各种电路和装置描述了各种实施方式。阐述了很多特定的细节以提供对如在说明书中描述的和在附图中示出的实施方式的总结构、功能、制造和使用的彻底理解。然而本领域中的技术人员将理解，实施方式可在没有这样的特定细节的情况下被实施。在其它实例中，详细描述了公知的操作、部件和元件，以免使在说明书中的实施方式难以理解。本领域中的技术人员将理解，在本文和所示的实施方式是非限制性例子，且因此可认识到，在本文公开的特定的结构和功能细节可以是代表性的且并不一定限制实施方式的范围。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应用于电液成形的全固态高压脉冲发生电路，其特征在于，包括：

多级充放电模块，与放置于液体中的放电电极连接，多级所述充放电模块用于进行并联充电或串联放电，当并联充电时对输入的千伏级电能进行储存，当串联放电时产生目标脉冲电流，以对所述放电电极进行放电；

开关模块，与多级所述充放电模块连接，所述开关模块用于当关断时控制多级所述充放电模块并联充电，或者当导通时控制多级所述充放电模块串联放电；以及

驱动模块，与所述开关模块进行连接，所述驱动模块用于当接收到触发信号时，输出同步驱动信号至所述开关模块，以驱动所述开关模块进行导通。

2.如权利要求1所述的全固态高压脉冲发生电路，其特征在于，还包括：

多路输出高压隔离驱动电源模块，与所述开关模块及所述驱动模块连接，所述多路输出高压隔离驱动电源模块用于输出多路电源信号，并对所述开关模块及所述驱动模块进行供电。

3.如权利要求2所述的全固态高压脉冲发生电路，其特征在于，还包括：

主控模块，与所述多路输出高压隔离驱动电源模块及所述驱动模块，所述主控模块用于控制所述多路输出高压隔离驱动电源模块进行工作，所述主控模块还用于传输所述触发信号至所述驱动模块，以控制所述驱动模块进行工作。

4.如权利要求3所述的全固态高压脉冲发生电路，其特征在于，所述开关模块包括：

多个绝缘栅双极型晶体管，分别与多级所述充放电模块一一对应连接，多个所述绝缘栅双极型晶体管用于同时接收到所述同步驱动信号时同时进行导通，以控制相应的充放电模块进行放电，从而使得多级所述充放电模块串联放电，或者同时关断，以使多级所述充放电模块并联充电。

5.如权利要求4所述的全固态高压脉冲发生电路，其特征在于，所述驱动模块包括多个开关驱动单元，多个所述开关驱动单元与多个所述绝缘栅双极型晶体管一一对应连接；

每个所述开关驱动单元包括：

光纤发送器、光纤接收器以及光纤；

所述光纤发送器与所述主控模块进行连接，所述光纤发送器与所述接收器通过所述光纤进行连接；所述光纤接收器与相应的所述绝缘栅双极型晶体管通过绝缘栅双极型晶体管驱动器进行连接；

所述光纤发送器用于将所述触发信号转换为光信号后，通过所述光纤隔离传输至所述光纤接收器，所述光纤接收器用于将所述光信号转化为所述同步驱动信号后，通过所述绝缘栅双极型晶体管驱动器传输至相应的所述绝缘栅双极型晶体管，以驱动相应的所述绝缘栅双极型晶体管进行导通。

6.如权利要求1所述的全固态高压脉冲发生电路，其特征在于，每个所述充放电模块均包括：

第一快恢复二极管、第二快恢复二极管以及电容器；

所述第一快恢复二极管的阳极连接上一级充放电模块或者接入所述千伏级电能，所述第一快恢复二极管的阴极连接所述电容器的第一端，所述电容器的第二端连接所述第二快恢复二极管的阳极，所述第二快恢复二极管的阴极连接下一级充放电模块。

7.如权利要求1所述的全固态高压脉冲发生电路，其特征在于，还包括：

限流模块，与多级所述充放电模块连接，所述限流模块用于当多级所述充放电模块并联充电时，抑制充电回路中的瞬态电流。

8.一种应用于电液成形的全固态高压脉冲发生装置，包括；

放置于液体中的放电电极；和

如权利要求1至7任一项所述的全固态高压脉冲发生电路，所述全固态高压脉冲发生电路用于产生所述目标脉冲信号并将所述目标脉冲信号输出至所述放电电极，以使所述放电电极放电。

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