CN111082696A - 脉冲电路、其使用方法以及脉冲电源 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种脉冲电路、其使用方法及脉冲电源。所述脉冲电路包括超导电路、输出电路和充电电路。所述超导电路包括超导线圈。所述超导线圈包括第一端和第二端。所述输出电路与所述第二端连接。所述充电电路与所述超导电路连接。通过所述第一端给所述超导线圈充电。所述充电电路第一次给所述超导线圈充电，以使所述超导线圈处于超导状态。所述充电电路第二次给所述超导线圈充电，以使所述超导线圈失去超导状态，所述输出电路由于磁链守恒产生电流给负载供电。所述超导线圈电阻瞬间增大，具有关断大电流的作用，因此可以提高所述脉冲电路关断大电流的能力，且可以减小产生开路电压。因此所述脉冲电路具有较高的安全性能。

Description

脉冲电路、其使用方法以及脉冲电源

技术领域

本申请涉及能源领域，特别是涉及一种脉冲电路、其使用方法以及脉冲电源。

背景技术

高功率脉冲电源。脉冲电源主要分为电容型、电感型、旋转机械型几种类型：电容型脉冲电源是当今最为成熟、使用最多的电源技术；旋转机械型脉冲电源，也称为惯性储能型脉冲电源，能量密度较高，是目前实现电源小型化的重要途径，但由于技术复杂，目前还难以投入实际应用；电感型脉冲电源相比于电容型电源储能密度更高，相比于旋转机械储能具有控制简单、功率密度高、容易冷却等优势，具有很好的应用前景，成为国内外学者研究的重点。

现有的电感型脉冲电源普遍面临换路开关电流关断能力不足和开路电压过大等问题，而现有的半导体开关仍然不容易实现此功能，这都影响了电感型脉冲电源的使用。

发明内容

基于此，有必要针对现有的电感型脉冲电源普遍面临换路开关电流关断能力不足和开路电压过大等问题，提供一种脉冲电源电路、其使用方法及脉冲电源。

一种脉冲电路，包括：

超导电路，包括超导线圈，所述超导线圈具有第一端和第二端，电流的流向由所述第一端到所述第二端；

充电电路，与所述超导电路连接，通过所述第一端给所述超导线圈充电；

输出电路，与所述第二端连接，用于给负载供电。

在一个实施例中，所述充电电路包括：

第一晶闸管，所述第一晶闸管的阴极与所述第一端连接；

第一电容，连接于所述第一闸管的阳极和所述第二端之间。

在一个实施例中，所述充电电路包括：

第二晶闸管，所述第二晶闸管的阴极与所述第一端连接；

第二电容，连接于所述第二晶闸管的阳极和所述第二端之间。

在一个实施例中，所述超导电路包括：

第一二极管，所述第一二极管的阴极与所述第一端连接，所述第一二极管的阳极与所述第二端连接。

在一个实施例中，所述输出电路包括：

电感线圈，所述电感线圈具有第三端和第四端，电流的流向由所述第三端到所述第四端，所述第三端与所述第二端连接；

第二二极管，所述第二二极管的阴极与所述第二端连接，所述第二二极管的阳极和所述第四端用于接入所述负载。

在一个实施例中，所述第一晶闸管和所述第二晶闸管为快速晶闸管。

在一个实施例中，所述第一电容和所述第二电容为脉冲电容。

在一个实施例中，所述第一电容的容值大于所述第二电容的容值。

一种电脉冲电路使用方法，适用于所述的脉冲电路，包括：

所述充电电路为所述超导线圈第一次充电，使所述超导线圈充电后的电流小于超导临界电流值；

所述充电电路为所述超导线圈第二次充电，使所述超导线圈的电流超过所述超导临界电流值，所述超导线圈失去超导状态，所述输出电路由于磁链守恒产生电流给所述负载供电。

一种脉冲电源，至少包括一个所述的脉冲电路。

本申请提供的所述脉冲电路，所述脉冲电路包括超导电路、输出电路和充电电路。所述超导电路包括超导线圈。所述超导线圈包括第一端和第二端。所述输出电路与所述第二端连接。所述充电电路与所述超导电路连接。通过所述第一端给所述超导线圈充电。通过所述充电电路为所述超导电路两次供电，当所述超导线圈由超导状态转为非超导状态时，所述超导线圈的电阻瞬间增大，所述超导线圈的电流迅速减小。所述输出电路由于磁链守恒产生幅值更高的电流，为所述负载供电。在所述充电电路为所述超导电路充电时，所述超导线圈具有储能的功能。当所述超导线圈由超导状态转为非超导状态时，所述超导线圈电阻瞬间增大，具有关断大电流的作用，因此可以提高所述脉冲电路关断大电流的能力，且可以减小开路电压。因此所述脉冲电路具有较高的安全性能。

附图说明

图1为本申请实施例提供的脉冲电路图；

图2为本申请实施例提供的第一电容和第二电容电压-时间关系图；

图3为本申请实施例提供的超导线圈和感应线圈电流-时间关系图；

图4为本申请实施例提供的电磁发射装置示意图。

附图标记说明

脉冲电路10

超导电路100

第一二极管110

超导线圈120

第一端122

第二端124

输出电路200

电感线圈210

第三端212

第四段214

第二二极管220

负载230

负载线圈231

负载电阻232

充电电路300

第一晶闸管310

第一电容320

第二晶闸管330

第二电容340

脉冲电源20

电磁发射装置30

加速装置350

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的脉冲电路、其使用方法及脉冲电源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用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1，本申请提供一种脉冲电路10。所述脉冲电路10包括超导电路100、输出电路200和充电电路300。所述超导电路100包括超导线圈120。所述超导线圈120具有第一端122和第二端124。电流的流向由所述第一端122到所述第二端124。所述充电电路300与所述超导电路100连接，通过所述第一端122给所述超导线圈120充电。所述输出电路200与所述第二端124连接，用于给负载230供电。所述充电电路300第一次给所述超导线圈120充电，可以利用所述超导线圈120储能。所述充电电路300第二次给所述超导线圈120充电，可以使所述超导线圈120失去超导状态。所述输出电路200由于磁链守恒产生电流给负载230供电。

本实施例中，所述超导线圈120在超导状态时电阻极小。所述超导线圈120在失去超导状态后电阻会瞬间增大。所述超导线圈120可以具有超导临界电流值。当所述超导线圈120中的电流小于所述超导临界电流值时，所述超导线圈120保持在超导状态。当所述超导线圈120中的电流大于所述超导临界电流值时，所述超导线圈120失去超导状态，所述超导线圈120的电阻增大。所述输出电路200可以为负载230供电。所述负载230可以为任意需要瞬间高能的设备。所述超导线圈120失去超导状态的瞬间，由于磁链守恒作用，所述输出电路200中可以产生电流。通过电流可以为所述负载230供电。

所述充电电路300可以为所述超导电路100中的所述超导线圈120供电。所述充电电路300可以根据需要为所述超导线圈120供电。所述充电电路300第一次为所述超导线圈120预充电后，可以使得所述超导线圈120中的电流恰好小于所述超导临界电流值。此时所述超导线圈120保持超导状态。电流在所述超导电路100中可以形成回路。由于所述超导线圈120保持在超导状态，所述超导线圈120的电阻很小，此时所述超导电路100的能量基本没有损失。当需要为负载230供电时，可以通过所述充电电路300为所述超导线圈120充电。由于此时所述超导线圈120中的电流已经很接近所述超导临界电流值，此时给所述超导线圈120稍充电就可以使得所述超导线圈120失去超导状态。所述超导线圈120的电阻增大，所述超导线圈120的电流迅速减小。此时所述输出电路200产生电流为所述负载230供电。

本申请提供的所述脉冲电路10，所述输出电路200与所述第二端124连接。所述充电电路300与所述超导电路100连接，通过所述第一端122给所述超导线圈120充电。通过所述充电电路300为所述超导电路100两次供电，第一次预充电可以使得所述超导线圈120中的电流处于超导临界电流值以下。第二次充电可以使得所述超导线圈120失去超导状态，当所述超导线圈120由超导状态转为非超导状态时，所述超导线圈120的电阻瞬间增大，所述超导线圈120的电流迅速减小。所述输出电路200由于磁链守恒产生电流，为所述负载230供电。在所述充电电路300为所述超导电路100充电时，所述超导线圈120具有储能的功能。当所述超导线圈120由超导状态转为非超导状态时，所述超导线圈120电阻瞬间增大，具有关断大电流的作用，因此可以提高所述脉冲电路10关断大电流的能力，且可以减小产生开路电压。因此所述脉冲电路10具有较高的安全性能。

在一个实施例中，所述负载230可以包括负载线圈231和负载电阻232。

在一个实施例中，所述充电电路300包括第一晶闸管310和第一电容320。所述第一晶闸管310的阴极与所述第一端122连接。所述第一电容320连接于所述第一晶闸管310的阳极和所述第二端124之间。

本实施例中，通过所述第一电容320可以为所述超导线圈120充电。所述第一晶闸管310仅在门极承受正向电压的情况下才导通。这时晶闸管处于正向导通状态；在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。门极只起触发作用。通过外界信号可以控制所述第一晶闸管310的导通。在导通情况下，当主回路电压或电流减小到接近于零时，晶闸管关断。所述第一晶闸管310导通后，所述第一电容320为所述超导线圈120供电。在所述第一电容320放电完毕后，可以通过充电设备为所述第一电容320再次充电。根据需要，可以再通过导通所述第一晶闸管310使所述第一电容320向所述超导线圈120放电。当所述超导线圈120中的电流超过所述超导临界电流值时，可以使得所述超导线圈120失去超导状态。

在一个实施例中，所述充电电路300包括第二晶闸管330和第二电容340。所述第二晶闸管330的阴极与所述第一端122连接。所述第二电容340连接于所述第二晶闸管330的阳极和所述第二端124之间。当所述第一电容320为所述超导线圈120预充电后，根据需要导通所述第二晶闸管330，所述第二电容340为所述超导线圈120充电，可以使得所述超导线圈120失去超导状态。

在一个实施例中，所述第一电容320的容值大于所述第二电容340的容值。所述第一电容320的容值较大时，充电速度较慢。所述第二电容340值较小，充电速度快。通过所述第一电容320，可以为所述超导线圈120提供大电流，使得所述超导线圈120电流接近所述超导临界电流值。当需要为负载230供电时，触发导通所述第二晶闸管330。所述第二电容340可以为所述超导线圈120快速充电，以使所述超导线圈120快速失去超导能力，提高了所述脉冲电路10的回应速度。

在一个实施例中，所述超导电路100包括第一二极管110。所述第一二极管110的阴极与所述第一端122连接，所述第一二极管110的阳极与所述第二端124连接。在为所述超导线圈120预充电阶段，导通所述第一晶闸管310后，所述第一电容320沿着第一电容320-第一晶闸管310-超导线圈120-第一电容320形成的回路为所述超导线圈120充电。当LC震荡经过半个周期后，第一电容320的电流降为零。此时电流通路改为超导线圈120和第一二极管110形成的回路。超导线圈120和第一二极管110形成的回路电流很小，因此可以使得电感电流维持较长时间。

在一个实施例中，所述输出电路200包括电感线圈210和第二二极管220。所述电感线圈210具有第三端211和第四端212。电流的流向由所述第三端211到所述第四端212。所述第三端211与所述第二端124连接。所述第二二极管220的阴极与所述第二端124连接，所述第二二极管220的阳极和所述第四端212用于接入所述负载230。在为所述超导线圈120充电以及在所述超导线圈120处于超导状态时，由于所述第二二极管220的单向导通作用，所述电感线圈210、所述负载230和所述第二二极管220形成的回路并没有电流通过。当所述超导线圈120失去超导状态时，所述超导线圈120电流迅速减小，根据磁链守恒原理，所述电感线圈210的电流迅速上升，此时所述电感线圈210-所述负载230-第二二极管220形成回路，所述电感线圈210为所述负载230放电。

请参见图2-3，在一个实施例中，当在0时刻开启所述第一晶闸管310时，所述第一电容320的电压从3KV降至0V。在第50ms导通所述第二晶闸管330时，所述第二电容340的电压瞬间降下为0V。同时，当开启所述第一晶闸管310时，所述超导线圈120的电流缓慢增加至略低于所述超导临界电流值。在第50ms时，导通所述第二晶闸管330时，所述感应线圈210的电流迅速增大，为所述负载230充电。请参见表1，表1为本实施例中所述脉冲电路10中各个元件的参数值。

表1

在一个实施例中，所述第一晶闸管310和所述第二晶闸管330为快速晶闸管。快速晶闸管可以用于较高频率的整流、斩波、逆变和变频电路。所述快速晶闸管导通和关断的速度更快，对晶闸管的损坏程度低，更为耐用。

在一个实施例中，所述第一电容320和所述第二电容340为脉冲电容。所述脉冲电容能够在较长时间间隔内将对所述脉冲电容充电的能量储存起来。并可以在极短的时间间隔内将所储存的能量迅速释放出来，形成强大的冲击电流和强大的冲击功率。

请参见图4，本申请实施例还提供一种脉冲电源20。所述脉冲电源20包括至少一个所述的脉冲电路10。当负载230需要较大电流时，可以采用几个脉冲电路10并联或者串联的形式为所述负载230供电。

本申请实施例还提供一种电脉冲电路使用方法。所述电脉冲电路使用方法适用于以上实施例提供的所述脉冲电路10。所述方法包括：

所述充电电路300为所述超导线圈120第一次充电，使所述超导线圈120充电后的电流小于超导临界电流值；

所述充电电路300为所述超导线圈120第二次充电，使所述超导线圈120的电流超过所述超导临界电流值，所述超导线圈120失去超导状态，所述输出电路200由于磁链守恒产生电流给所述负载230供电。

请再参见图4，本申请实施例还提供一种电磁发射装置30。所述电磁发射装置30包括所述的脉冲电源20和加速装置350，所述脉冲电源20用于连接所述加速装置350。通过所述脉冲电源20可以为所述加速装置350供电。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为本专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种脉冲电路，其特征在于，包括：

超导电路(100)，包括超导线圈(120)，所述超导线圈(120)具有第一端(122)和第二端(124)，电流的流向由所述第一端(122)到所述第二端(124)；

充电电路(300)，与所述超导电路(100)连接，通过所述第一端(122)给所述超导线圈(120)充电；

输出电路(200)，与所述第二端(124)连接，用于给负载(230)供电。

2.如权利要求1所述的脉冲电路，其特征在于，所述充电电路(300)包括：

第一晶闸管(310)，所述第一晶闸管(310)的阴极与所述第一端(122)连接；

第一电容(320)，连接于所述第一闸管(310)的阳极和所述第二端(124)之间。

3.如权利要求2所述的脉冲电路，其特征在于，所述充电电路(300)包括：

第二晶闸管(330)，所述第二晶闸管(330)的阴极与所述第一端(122)连接；

第二电容(340)，连接于所述第二晶闸管(330)的阳极和所述第二端(124)之间。

4.如权利要求3所述的脉冲电路，其特征在于，所述超导电路(100)包括：

第一二极管(110)，所述第一二极管(110)的阴极与所述第一端(122)连接，所述第一二极管(110)的阳极与所述第二端(124)连接。

5.如权利要求4所述的脉冲电路，其特征在于，所述输出电路(200)包括：

电感线圈(210)，所述电感线圈(210)具有第三端(212)和第四端(214)，电流的流向由所述第三端(211)到所述第四端(212)，所述第三端(211)与所述第二端(124)连接；

第二二极管(220)，所述第二二极管(220)的阴极与所述第二端(124)连接，所述第二二极管(220)的阳极和所述第四端(212)用于接入所述负载(230)。

6.如权利要求3所述的脉冲电路，其特征在于，所述第一晶闸管(310)和所述第二晶闸管(330)为快速晶闸管。

7.如权利要求3所述的脉冲电路，其特征在于，所述第一电容(320)和所述第二电容(340)为脉冲电容。

8.如权利要求3所述的脉冲电路，其特征在于，所述第一电容(320)的容值大于所述第二电容(340)的容值。

9.一种电脉冲电路使用方法，适用于权利要求1-8任一项所述的脉冲电路(10)，其特征在于，包括：

所述充电电路(300)为所述超导线圈(120)第一次充电，使所述超导线圈(120)充电后的电流小于超导临界电流值；

所述充电电路(300)为所述超导线圈(120)第二次充电，使所述超导线圈(120)的电流超过所述超导临界电流值，所述超导线圈(120)失去超导状态，所述输出电路(200)由于磁链守恒产生电流给所述负载(230)供电。

10.一种脉冲电源，其特征在于，至少包括一个权利要求1-8任一项所述的脉冲电路(10)。

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