CN115276421A - 一种双极脉冲电源、电源控制方法及可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双极脉冲电源、电源控制方法及可读存储介质，双极脉冲电源包括电压输入单元、多个降压式变换单元、多个电流采样单元、换相单元、输出采样单元、控制单元。多个降压式变换单元可以实现以倍频工作频率工作，多个电流采样单元一一对应采集到多个降压式变换单元的采样电流，输出采样单元采集换相单元的输出电压、输出电流、输出功率，控制单元生成多个占空比不同的目标脉冲驱动信号，且每个目标脉冲驱动信号的占空比的变化步长根据输出电压、输出电流、输出功率以及多个采样电流确定，通过约束目标脉冲驱动信号占空比的变化步长，防止脉冲驱动信号发生突变，降低双极脉冲电源的浪涌冲击，提高双极脉冲电源的可靠性和稳定性。

Description

一种双极脉冲电源、电源控制方法及可读存储介质
技术领域
本发明涉及电力电子相关技术领域，尤其是涉及一种双极脉冲电源、电源控制方法及可读存储介质。
背景技术
双极脉冲电源是最新一代电镀电源产品，又名平波/双向脉波可调开关电源，它通过将工频交流电整流为直流高压电源，通过高频电压变换及高频整流产生低压大电流电源，再通过电感电阻滤波成纯直流电源，然后送到一个不对称的全桥变换电路(又称斩波电路)，产生一个人为的平波(即纯直流)或双向脉冲方波输出。
双极脉冲电源广泛应用于真空镀膜、半导体工业和等离子注入等领域。传统的双极脉冲电源脉冲宽度调制(PWM)控制信号在闭环控制时存在突变，从而造成双极脉冲电源出现浪涌冲击，导致产品良品率降低。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种双极脉冲电源，能够防止脉冲驱动信号发生突变，降低双极脉冲电源的浪涌冲击，提高双极脉冲电源的可靠性和稳定性。
本发明还提供了一种电源控制方法和一种计算机可读存储介质。
根据本发明的第一方面实施例的双极脉冲电源，包括：
电压输入单元，具有第一电压输入端、第二电压输入端、第一电压输出端和第二电压输出端，所述电压输入单元用于将交流电转为直流电；
多个降压式变换单元，多个所述降压式变换单元依次并联构成并联结构，所述并联结构具有第一降压输出端、第二降压输出端、第一电压转换端、第二电压转换端，所述第一电压转换端与所述第一电压输出端连接，所述第二电压转换端与所述第二电压输出端连接；
多个电流采样单元，用于一一对应采集多个所述降压式变换单元的采样电流；
换相单元，具有第一换相输入端、第二换相输入端、第一换相输出端和第二换相输出端，所述第一换相输入端与所述第一降压输出端连接，所述第二换相输入端与所述第二降压输出端连接；
输出采样单元，用于采集所述换相单元的输出电压、输出电流、输出功率；
控制单元，用于接收所述输出电压、所述输出电流、所述输出功率以及多个所述采样电流，并生成多个目标脉冲驱动信号，多个所述目标脉冲驱动信号的占空比不同，且每个所述目标脉冲驱动信号的占空比的变化步长根据所述输出电压、所述输出电流、所述输出功率以及多个所述采样电流确定，多个所述目标脉冲驱动信号用于一一对应控制多个所述降压式变换单元的通断状态。
根据本发明实施例的双极脉冲电源，至少具有如下有益效果：
交流电压通过电压输入单元后形成稳定的直流母线电压，多个降压式变换单元依次并联构成的并联结构可以实现以倍频工作频率工作，通过多个电流采样单元可以一一对应采集到多个降压式变换单元的采样电流，通过输出采样单元可以采集换相单元的输出电压、输出电流、输出功率，通过控制单元可以生成多个目标脉冲驱动信号，多个目标脉冲驱动信号的占空比不同，且每个目标脉冲驱动信号的占空比的变化步长根据输出电压、输出电流、输出功率以及多个采样电流确定，通过约束目标脉冲驱动信号占空比的变化步长，能够防止脉冲驱动信号发生突变，降低双极脉冲电源的浪涌冲击，提高双极脉冲电源的可靠性和稳定性。
根据本发明的一些实施例，每个所述降压式变换单元皆包括：
第一开关管，其发射极与所述第二电压输入端连接；
第一续流二极管，其正极与所述第一开关管的集电极连接，负极分别与所述第一电压输出端和所述第一换相输入端连接；
滤波电感，其一端与所述第一开关管的集电极连接，另一端与所述第二换相输入端连接。
根据本发明的一些实施例，所述电压输入单元包括：
变压器，具有第一交流输入端、第二交流输入端、第一交流输出端和第二交流输出端，所述第一交流输入端和所述第二交流输入端共同用于输入交流电；
全桥整流桥，具有第一整流输出端、第二整流输出端、与所述第一交流输出端连接的第一整流输入端、与所述第二交流输出端连接的第二整流输入端，所述全桥整流桥用于将交流电转为直流电；
滤波电容，并联在所述第一整流输出端和所述第二整流输出端之间；
泄放电阻，与所述滤波电容并联。
根据本发明的一些实施例，所述换相单元包括：
第一换相开关管，其集电极与所述第一降压输出端连接；
第二换相开关管，其集电极与所述第一换相开关管的集电极连接；
第三换相开关管，其集电极与所述第一换相开关管的发射极连接，发射极与所述第二降压输出端连接；
第四换相开关管，其集电极与所述第二换相开关管的发射极连接，发射极与所述第三换相开关管的发射极连接；所述第一换相开关管和所述第二换相开关管的中间节点、以及所述第二换相开关管和所述第四换相开关管的中间节点共同用于输出直流电压。
根据本发明的第二方面实施例的电源控制方法，应用于如上述第一方面实施例所述的双极脉冲电源，每个所述降压式变换单元皆包括第一开关管和滤波电感，所述第一开关管的集电极分别与所述第一电压输出端和所述第一换相输入端连接，发射极与所述第二电压输入端连接，所述滤波电感的一端与所述第一开关管的集电极连接，另一端与所述第二换相输入端连接。
所述电源控制方法包括以下步骤：
获取由多个所述电流采样单元一一对应采集到的流过多个所述滤波电感的采样电流；
对多个所述采样电流进行叠加生成电流纹波包络信号；
获取由所述输出采样单元采集到的所述换相单元的输出电压、输出电流、输出功率；
根据预设的输入基准电压、输入基准电流、输入基准功率和所述输出电压、所述输出电流、所述输出功率确定误差信号；
根据所述误差信号、所述电流纹波包络信号、以及多个所述采样电流生成多个目标脉冲驱动信号，多个所述目标脉冲驱动信号用于一一对应控制多个所述第一开关管的导通状态。
根据本发明实施例的电源控制方法，至少具有如下有益效果：
通过获取由多个电流采样单元一一对应采集到的流过多个滤波电感的采样电流，并对多个采样电流进行叠加可以得到电流纹波包络信号。通过输出采样单元可以采集换相单元的输出电压、输出电流、输出功率，根据预设的输入基准电压、输入基准电流、输入基准功率和输出电压、输出电流、输出功率可以确定误差信号。误差信号、电流纹波包络信号、以及多个采样电流共同约束目标脉冲驱动信号占空比的变化步长，生成多个占空比不同的目标脉冲驱动信号。本发明实施例的电源控制方法，通过约束目标脉冲驱动信号占空比的变化步长，能够防止脉冲驱动信号发生突变，降低双极脉冲电源的浪涌冲击，提高双极脉冲电源的可靠性和稳定性。
根据本发明的一些实施例，所述根据预设的输入基准电压、输入基准电流、输入基准功率和所述输出电压、所述输出电流、所述输出功率确定误差信号，包括以下步骤：
对所述输入基准电压和所述输出电压求差后得到第一电压误差值；
对所述输入基准电流和所述输出电流求差后得到第一电流误差值；
对所述输入基准功率和所述输出功率求差后得到第一功率误差值；
根据所述第一电压误差值、所述第一电流误差值或所述第一功率误差值进行PI调节，得到所述误差信号。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述误差信号、所述电流纹波包络信号、以及多个所述采样电流生成多个目标脉冲驱动信号，包括以下步骤：
比较所述误差信号和每个所述采样电流，以得到多个比较电平信号，多个所述比较电平信号与多个所述采样电流一一对应；
对所述电流纹波包络信号和所述误差信号求差，得到最大变化步长；
根据所述最大变化步长和多个所述比较电平信号确定多个所述目标脉冲驱动信号。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述最大变化步长和多个所述比较电平信号确定多个所述目标脉冲驱动信号，包括以下步骤：
根据多个所述比较电平信号一一对应确定多个初始脉冲驱动信号；
确定每个所述初始脉冲驱动信号的当前占空比和预设的目标占空比；
控制多个所述初始脉冲驱动信号的变化步长分别以所述最大变化步长从所述当前占空比向所述目标占空比变化，以得到多个所述目标脉冲驱动信号。
根据本发明的一些实施例，所述双极脉冲电源还包括开关单元，所述开关单元并联在所述第一换相输入端和所述第二换相输入端之间；
所述电源控制方法还包括以下步骤：
若检测到由所述输出采样单元采集到的所述换相单元的所述输出电压低于预设的电压阈值或所述输出电流高于预设的电流阈值，导通所述开关单元，记录导通前的换相驱动信号；
若导通所述开关单元的持续时长超过预设的导通时长，关闭所述开关单元，并以导通前的所述换相驱动信号驱动所述换相单元进行换相。
根据本发明的第三方面实施例的计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如上述第二方面实施例所述的电源控制方法。由于计算机可读存储介质采用了上述实施例的电源控制方法的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一实施例的双极脉冲电源的电气原理图；
图2是本发明一实施例的电源控制方法的流程图；
图3是本发明一实施例的双极脉冲电源的波形图。
附图标记：
电压输入单元100、全桥整流桥110；
电流采样单元200；
换相单元300；
输出采样单元400；
控制单元500；
开关单元600。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下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发明和简化描述，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发明的限制。
本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
下面将结合图1至图3对本发明实施例的双极脉冲电源进行清楚、完整的描述，显然，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，并非全部实施例。
根据本发明的第一方面实施例的双极脉冲电源，包括电压输入单元100、换相单元300、输出采样单元400、控制单元500、多个降压式变换单元、多个电流采样单元200。电压输入单元100，具有第一电压输入端、第二电压输入端、第一电压输出端和第二电压输出端，电压输入单元100用于将交流电转为直流电；多个降压式变换单元，多个降压式变换单元依次并联构成并联结构，并联结构具有第一降压输出端、第二降压输出端、第一电压转换端、第二电压转换端，第一电压转换端与第一电压输出端连接，第二电压转换端与第二电压输出端连接；多个电流采样单元200，用于一一对应采集多个降压式变换单元的采样电流；换相单元300，具有第一换相输入端、第二换相输入端、第一换相输出端和第二换相输出端，第一换相输入端与第一降压输出端连接，第二换相输入端与第二降压输出端连接；输出采样单元400，用于采集换相单元300的输出电压U0、输出电流I0、输出功率P0；控制单元500，用于接收输出电压U0、输出电流I0、输出功率P0以及多个采样电流，并生成多个目标脉冲驱动信号，多个目标脉冲驱动信号的占空比不同，且每个目标脉冲驱动信号的占空比的变化步长根据输出电压U0、输出电流I0、输出功率P0以及多个采样电流确定，多个目标脉冲驱动信号用于一一对应控制多个降压式变换单元的通断状态。
交流电压通过电压输入单元100后形成稳定的直流母线电压。多个降压式变换单元依次并联构成的并联结构实现以倍频工作频率工作。电流采样单元200和输出采样单元400可以采用传感器。控制单元500接收多个采样电流、输出电压U0、输出电流I0、输出功率P0，生成多个目标脉冲驱动信号，多个目标脉冲驱动信号的占空比不同，且每个目标脉冲驱动信号占空比的变化步长通过接收到的输出电压U0、输出电流I0、输出功率P0以及多个采样电流确定，通过约束目标脉冲驱动信号占空比的变化步长，能够防止脉冲驱动信号发生突变，降低双极脉冲电源的浪涌冲击，提高双极脉冲电源的可靠性和稳定性。
需要说明的是，生成目标脉冲驱动信号的过程可以由软件实现也可以用硬件电路实现，不能看作是对本发明的限定。
根据本发明实施例的双极脉冲电源，交流电压通过电压输入单元100后形成稳定的直流母线电压，多个降压式变换单元依次并联构成的并联结构可以实现以倍频工作频率工作，通过多个电流采样单元200可以一一对应采集到多个降压式变换单元的采样电流，通过输出采样单元400可以采集换相单元300的输出电压U0、输出电流I0、输出功率P0，通过控制单元500可以生成多个目标脉冲驱动信号，多个目标脉冲驱动信号的占空比不同，且每个目标脉冲驱动信号的占空比的变化步长根据输出电压U0、输出电流I0、输出功率P0以及多个采样电流确定，通过约束目标脉冲驱动信号占空比的变化步长，能够防止脉冲驱动信号发生突变，降低双极脉冲电源的浪涌冲击，提高双极脉冲电源的可靠性和稳定性。
在本发明的一些实施例中，参考图1，每个降压式变换单元皆包括第一开关管、第一续流二极管、滤波电感。第一开关管，其发射极与第二电压输入端连接；第一续流二极管，其正极与第一开关管的集电极连接，负极分别与第一电压输出端和第一换相输入端连接；滤波电感，其一端与第一开关管的集电极连接，另一端与第二换相输入端连接。每个电流采样单元200皆用于采集流过滤波电感的采样电流。需要说明的是，降压式变换单元的工作原理为本领域技术人员可知的现有技术，故不再进行赘述。
在一些实施例中，每个降压式变换单元还包括放电二极管D4、放电电容C1、第二续流二极管D3，放电二极管D4的正极与第一开关管的发射极连接，放电电容C1连接在第一续流二极管的负极和放电二极管D4的负极之间，第二续流二极管D3的正极与放电电容C1连接，负极与滤波电感连接。当降压式变换单元进入续流状态后，滤波电感通过第一续流二极管、放电电容C1和第二续流二极管D3续流。
在一些实施例中，降压式变换单元的数量为2，但具体数量可以根据实际需要进行变换，不能看作是对本发明的限定。
在本发明的一些实施例中，参考图1，电压输入单元100包括变压器T、全桥整流桥110、滤波电容C2、泄放电阻R1、R2。变压器T，具有第一交流输入端、第二交流输入端、第一交流输出端和第二交流输出端，第一交流输入端和第二交流输入端共同用于输入交流电；全桥整流桥110，具有第一整流输出端、第二整流输出端、与第一交流输出端连接的第一整流输入端、与第二交流输出端连接的第二整流输入端，全桥整流桥110用于将交流电转为直流电；滤波电容C2，并联在第一整流输出端和第二整流输出端之间；泄放电阻R1、R2，与滤波电容C2并联。交流电通过变压器T、全桥整流桥110和滤波电容C2后形成稳定的直流母线电压，其具体工作原理在此不再进行赘述。
在本发明的一些实施例中，参考图1，电压输入单元100还包括第一电容C3和第一电阻R3。第一电容C3，其一端与第一交流输出端连接；第一电阻R3，其一端与第一电容C3的另一端连接，另一端与第二交流输出端连接。第一电容C3和第一电阻R3的设置可以滤除高次谐波，具体原理为本领域技术人员可知的现有技术，在此不再进行赘述。
在本发明的一些实施例中，参考图1，换相单元300包括第一换相开关管Q1、第二换相开关管Q2、第三换相开关管Q3、第四换相开关管Q4。第一换相开关管Q1，其集电极与第一降压输出端连接；第二换相开关管Q2，其集电极与第一换相开关管Q1的集电极连接；第三换相开关管Q3，其集电极与第一换相开关管Q1的发射极连接，发射极与第二降压输出端连接；第四换相开关管Q4，其集电极与第二换相开关管Q2的发射极连接，发射极与第三换相开关管Q3的发射极连接；第一换相开关管Q1和第二换相开关管Q2的中间节点、以及第二换相开关管Q2和第四换相开关管Q4的中间节点共同用于输出直流电压。通过控制第一换相开关管Q1、第二换相开关管Q2、第三换相开关管Q3、第四换相开关管Q4的导通状态从而进行换相，换相单元300的换相过程为本领域技术人员可知的现有技术，在此不再进行赘述。
下面将结合图1至图3对本发明实施例的电源控制方法进行清楚、完整的描述，显然，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，并非全部实施例。
根据本发明的第二方面实施例的电源控制方法，应用于上述第一方面实施例的双极脉冲电源，每个降压式变换单元皆包括第一开关管和滤波电感，第一开关管的集电极分别与第一电压输出端和第一换相输入端连接，发射极与第二电压输入端连接，滤波电感的一端与第一开关管的集电极连接，另一端与第二换相输入端连接。
电源控制方法包括以下步骤：
获取由多个电流采样单元200一一对应采集到的流过多个滤波电感的采样电流；
对多个采样电流进行叠加生成电流纹波包络信号；
获取由输出采样单元400采集到的换相单元300的输出电压U0、输出电流I0、输出功率P0；
根据预设的输入基准电压Uset、输入基准电流Iset、输入基准功率Pset和输出电压U0、输出电流I0、输出功率P0确定误差信号；
根据误差信号、电流纹波包络信号、以及多个采样电流生成多个目标脉冲驱动信号，多个目标脉冲驱动信号用于一一对应控制多个第一开关管的导通状态。
将多个采样电流进行叠加，得到电流纹波包络信号，对预设的输入基准电压Uset、输入基准电流Iset、输入基准功率Pset和输出电压U0、输出电流I0、输出功率P0分别对应进行求差后再进行PI调节，得到误差信号。误差信号、电流纹波包络信号、以及多个采样电流共同约束目标脉冲驱动信号占空比的变化步长，生成多个占空比不同的目标脉冲驱动信号。通过约束目标脉冲驱动信号占空比的变化步长，能够防止脉冲驱动信号发生突变，降低双极脉冲电源的浪涌冲击，提高双极脉冲电源的可靠性和稳定性。
根据本发明实施例的电源控制方法，通过获取由多个电流采样单元200一一对应采集到的流过多个滤波电感的采样电流，并对多个采样电流进行叠加可以得到电流纹波包络信号。通过输出采样单元400可以采集换相单元300的输出电压U0、输出电流I0、输出功率P0，根据预设的输入基准电压Uset、输入基准电流Iset、输入基准功率Pset和输出电压U0、输出电流I0、输出功率P0可以确定误差信号。误差信号、电流纹波包络信号、以及多个采样电流共同约束目标脉冲驱动信号占空比的变化步长，生成多个占空比不同的目标脉冲驱动信号。本发明实施例的电源控制方法，通过约束目标脉冲驱动信号占空比的变化步长，能够防止脉冲驱动信号发生突变，降低双极脉冲电源的浪涌冲击，提高双极脉冲电源的可靠性和稳定性。
在本发明的一些实施例中，参考图1，根据预设的输入基准电压Uset、输入基准电流Iset、输入基准功率Pset和输出电压U0、输出电流I0、输出功率P0确定误差信号，包括以下步骤：
对输入基准电压Uset和输出电压U0求差后得到第一电压误差值；
对输入基准电流Iset和输出电流I0求差后得到第一电流误差值；
对输入基准功率Pset和输出功率P0求差后得到第一功率误差值；
根据第一电压误差值、第一电流误差值或第一功率误差值进行PI调节，得到误差信号。
本发明实施例的双极脉冲电源在稳定工作时，在第一电压误差值、第一电流误差值和第一功率误差值中只有一个不为零，其余两个为零，对存在误差的第一电压误差值、第一电流误差值或第一功率误差值进行PI调节，得到误差信号。PI调节的原理为本领域技术人员可知的现有技术，在此不再进行详细叙述。需要说明的是，求差并进行PI调节的过程可以用硬件电路实现，也可以采用软件方式实现，不能看作是对本发明的限定。
在本发明的一些实施例中，参考图1，根据误差信号、电流纹波包络信号、以及多个采样电流生成多个目标脉冲驱动信号，包括以下步骤：
比较误差信号和每个采样电流，以得到多个比较电平信号，多个比较电平信号与多个采样电流一一对应；
对电流纹波包络信号和误差信号求差，得到最大变化步长Δmax；
根据最大变化步长Δmax和多个比较电平信号确定多个目标脉冲驱动信号。
当滤波电感的采样电流高于误差信号时，比较电平信号为高电平，当滤波电感的采样电流低于误差信号时，比较电平信号为低电平，比较电平信号用于控制第一开关管的通断，电流纹波包络信号和误差信号求差得到的最大变化步长Δmax则可以约束目标脉冲驱动信号占空比的变化步长，从而可以得到多个不同占空比的目标脉冲驱动信号，通过约束目标脉冲驱动信号占空比的变化步长，能够防止脉冲驱动信号发生突变，降低双极脉冲电源的浪涌冲击，提高双极脉冲电源的可靠性和稳定性。
在本发明的一些实施例中，参考图1，根据最大变化步长Δmax和多个比较电平信号确定多个目标脉冲驱动信号，包括以下步骤：
根据多个比较电平信号一一对应确定多个初始脉冲驱动信号；
确定每个初始脉冲驱动信号的当前占空比A1和预设的目标占空比A2；
控制多个初始脉冲驱动信号的变化步长分别以最大变化步长Δmax从当前占空比A1向目标占空比A2变化，以得到多个目标脉冲驱动信号。
初始脉冲驱动信号能简单控制第一开关管的通断，确定每个初始脉冲驱动信号的当前占空比A1和预设的目标占空比A2，控制多个初始脉冲驱动信号的变化步长分别以最大变化步长Δmax从当前占空比A1向目标占空比A2变化，约束目标脉冲驱动信号占空比的变化步长，得到多个目标脉冲驱动信号。
上述提到的最大变化步长Δmax为单个周期中的最大变化步长Δmax，若周期数为n，当|A2-A1|＝nΔmax，控制初始脉冲驱动信号的变化步长以最大变化步长Δmax从当前占空比A1向目标占空比A2变化；当|A2-A1|＜Δmax，控制初始脉冲驱动信号的变化步长以|A2-A1|从当前占空比A1向目标占空比A2变化；当(n-1)Δmax＜|A2-A1|<nΔmax，在前(n-1)个周期以最大变化步长Δmax变化，第n个周期以|A2-A1|-(n-1)Δmax的变化步长变化。在n个周期中的每个周期中，初始脉冲驱动信号的变化步长都以上述规则变化，通过n个周期后，初始脉冲驱动信号的占空比变化到所需的目标占空比A2，得到目标脉冲驱动信号，防止脉冲驱动信号发生突变。
在本发明的一些实施例中，参考图1和图3，双极脉冲电源还包括开关单元600，开关单元600并联在第一换相输入端和第二换相输入端之间；
电源控制方法还包括以下步骤：
若检测到由输出采样单元400采集到的换相单元300的输出电压U0低于预设的电压阈值或输出电流I0高于预设的电流阈值，导通开关单元600，记录导通前的换相驱动信号；
若导通开关单元600的持续时长超过预设的导通时长，关闭开关单元600，并以导通前的换相驱动信号驱动换相单元300进行换相。
如图3所述，图3中Q5为控制开关单元600导通状态的控制信号的波形，图中a表示检测到打弧，判断出现打弧的依据为：在大于冲击尖峰形成时间t1的时间段中，检测到换相单元300的输出电压U0低于预设的电压阈值或输出电流I0高于预设的电流阈值。出现打弧后，导通开关单元600并持续一段预设的导通时长，可以采用脉宽记录器记录导通前的换相驱动信号。导通时长不小于开关单元600正常工作时的一个开关周期，换相单元300的输出直流电压归零后，再以导通开关单元600前的换相驱动信号驱动换相单元300工作。
传统的双极脉冲电源存在打弧抑制效果差和重启过程功率上升缓慢的问题，容易造成双极脉冲电源出现反复宕机，导致产品良品率降低。本发明实施例的电源控制方法在检测到打弧时，导通与换相单元300并联的开关单元600，使换相单元300的输出直流电压归零，从而实现抑弧，抑弧完成后，第一换相开关管Q1、第二换相开关管Q2、第三换相开关管Q3和第四换相开关管Q4以打弧前的工作状态继续工作，在有效抑弧的同时省略了重启时间，解决了弧抑制效果差和重启速度慢的问题。
另外，本发明的一个实施例还提供了一种控制装置，该控制装置包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
实现上述实施例的电源控制方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器中，当被处理器执行时，执行上述实施例中的电源控制方法。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
此外，本发明的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个处理器或控制器执行，可使得上述处理器执行上述实施例中的电源控制方法。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种双极脉冲电源，其特征在于，包括：
电压输入单元，具有第一电压输入端、第二电压输入端、第一电压输出端和第二电压输出端，所述电压输入单元用于将交流电转为直流电；
多个降压式变换单元，多个所述降压式变换单元依次并联构成并联结构，所述并联结构具有第一降压输出端、第二降压输出端、第一电压转换端、第二电压转换端，所述第一电压转换端与所述第一电压输出端连接，所述第二电压转换端与所述第二电压输出端连接；
多个电流采样单元，用于一一对应采集多个所述降压式变换单元的采样电流；
换相单元，具有第一换相输入端、第二换相输入端、第一换相输出端和第二换相输出端，所述第一换相输入端与所述第一降压输出端连接，所述第二换相输入端与所述第二降压输出端连接；
输出采样单元，用于采集所述换相单元的输出电压、输出电流、输出功率；
控制单元，用于接收所述输出电压、所述输出电流、所述输出功率以及多个所述采样电流，并生成多个目标脉冲驱动信号，多个所述目标脉冲驱动信号的占空比不同，且每个所述目标脉冲驱动信号的占空比的变化步长根据所述输出电压、所述输出电流、所述输出功率以及多个所述采样电流确定，多个所述目标脉冲驱动信号用于一一对应控制多个所述降压式变换单元的通断状态。
2.根据权利要求1所述的双极脉冲电源，其特征在于，每个所述降压式变换单元皆包括：
第一开关管，其发射极与所述第二电压输入端连接；
第一续流二极管，其正极与所述第一开关管的集电极连接，负极分别与所述第一电压输出端和所述第一换相输入端连接；
滤波电感，其一端与所述第一开关管的集电极连接，另一端与所述第二换相输入端连接。
3.根据权利要求1所述的双极脉冲电源，其特征在于，所述电压输入单元包括：
变压器，具有第一交流输入端、第二交流输入端、第一交流输出端和第二交流输出端，所述第一交流输入端和所述第二交流输入端共同用于输入交流电；
全桥整流桥，具有第一整流输出端、第二整流输出端、与所述第一交流输出端连接的第一整流输入端、与所述第二交流输出端连接的第二整流输入端，所述全桥整流桥用于将交流电转为直流电；
滤波电容，并联在所述第一整流输出端和所述第二整流输出端之间；
泄放电阻，与所述滤波电容并联。
4.根据权利要求1所述的双极脉冲电源，其特征在于，所述换相单元包括：
第一换相开关管，其集电极与所述第一降压输出端连接；
第二换相开关管，其集电极与所述第一换相开关管的集电极连接；
第三换相开关管，其集电极与所述第一换相开关管的发射极连接，发射极与所述第二降压输出端连接；
第四换相开关管，其集电极与所述第二换相开关管的发射极连接，发射极与所述第三换相开关管的发射极连接；所述第一换相开关管和所述第二换相开关管的中间节点、以及所述第二换相开关管和所述第四换相开关管的中间节点共同用于输出直流电压。
5.一种电源控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至4任一所述的双极脉冲电源，每个所述降压式变换单元皆包括第一开关管和滤波电感，所述第一开关管的集电极分别与所述第一电压输出端和所述第一换相输入端连接，发射极与所述第二电压输入端连接，所述滤波电感的一端与所述第一开关管的集电极连接，另一端与所述第二换相输入端连接。
所述电源控制方法包括以下步骤：
获取由多个所述电流采样单元一一对应采集到的流过多个所述滤波电感的采样电流；
对多个所述采样电流进行叠加生成电流纹波包络信号；
获取由所述输出采样单元采集到的所述换相单元的输出电压、输出电流、输出功率；
根据预设的输入基准电压、输入基准电流、输入基准功率和所述输出电压、所述输出电流、所述输出功率确定误差信号；
根据所述误差信号、所述电流纹波包络信号、以及多个所述采样电流生成多个目标脉冲驱动信号，多个所述目标脉冲驱动信号用于一一对应控制多个所述第一开关管的导通状态。
6.根据权利要求5所述的电源控制方法，其特征在于，所述根据预设的输入基准电压、输入基准电流、输入基准功率和所述输出电压、所述输出电流、所述输出功率确定误差信号，包括以下步骤：
对所述输入基准电压和所述输出电压求差后得到第一电压误差值；
对所述输入基准电流和所述输出电流求差后得到第一电流误差值；
对所述输入基准功率和所述输出功率求差后得到第一功率误差值；
根据所述第一电压误差值、所述第一电流误差值或所述第一功率误差值进行PI调节，得到所述误差信号。
7.根据权利要求5或6所述的电源控制方法，其特征在于，所述根据所述误差信号、所述电流纹波包络信号、以及多个所述采样电流生成多个目标脉冲驱动信号，包括以下步骤：
比较所述误差信号和每个所述采样电流，以得到多个比较电平信号，多个所述比较电平信号与多个所述采样电流一一对应；
对所述电流纹波包络信号和所述误差信号求差，得到最大变化步长；
根据所述最大变化步长和多个所述比较电平信号确定多个所述目标脉冲驱动信号。
8.根据权利要求7所述的电源控制方法，其特征在于，所述根据所述最大变化步长和多个所述比较电平信号确定多个所述目标脉冲驱动信号，包括以下步骤：
根据多个所述比较电平信号一一对应确定多个初始脉冲驱动信号；
确定每个所述初始脉冲驱动信号的当前占空比和预设的目标占空比；
控制多个所述初始脉冲驱动信号的变化步长分别以所述最大变化步长从所述当前占空比向所述目标占空比变化，以得到多个所述目标脉冲驱动信号。
9.根据权利要求5所述的电源控制方法，其特征在于，所述双极脉冲电源还包括开关单元，所述开关单元并联在所述第一换相输入端和所述第二换相输入端之间；
所述电源控制方法还包括以下步骤：
若检测到由所述输出采样单元采集到的所述换相单元的所述输出电压低于预设的电压阈值或所述输出电流高于预设的电流阈值，导通所述开关单元，记录导通前的换相驱动信号；
若导通所述开关单元的持续时长超过预设的导通时长，关闭所述开关单元，并以导通前的所述换相驱动信号驱动所述换相单元进行换相。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令用于执行如权利要求5至9中任一所述的电源控制方法。
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