CN1183862A - 具有多台高压发生器的高压电源 - Google Patents

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Abstract

一台高压电源(40)具有多台高压发生器(50a,50b,…50j),在具有电容元件的负荷(24)中产生可控电流。每一台高压发生器包括一个脉冲宽度调制(PWM)逆变器,一个高压变压器,和一个高压全桥整流器。该高压发生器分为三组:组Ⅰ,组Ⅱ和组Ⅲ。在电源运行的驱动模式期间,组Ⅰ,组Ⅱ和组Ⅲ高压发生器产生电源的输出电压(Vgen),它超过负荷中电容元件上的电压(Vc),使负荷中的电流增大。当负荷中电流达到所希望的值,电源进入运行的跟踪模式。在跟踪模式期间,组Ⅰ,组Ⅱ高压发生器产生电源的输出电压(Vgen),它等于负荷中电容元件上的电压(Vc)。在电源跟踪负荷中电容元件上的电压时,通过负荷的电流保持不变。在时序发生器(66)产生的方波电压(Vsw)驱动高压发生器时驱动模式和跟踪模式重复进行。在电源中提供有一个控制电路(56),它启动或中止附加组Ⅱ高压发生器,以响应输入电压和负荷电压的波动。

Description

具有多台高压发生器的高压电源
本申请是1995年4月5日递交的美国专利申请No.08/416,997的部分继续申请，在此根据35U.S.C.§120主张该递交申请的权利。
本发明一般涉及高压电源，更具体地涉及在具有可变电感和电容元件的负荷中产生可控电流的高压电源。
高压电源通常用于连接到电源上的负荷中含有明显的电感或容性元件的应用中。在大量的应用中，电感元件构成了负荷的主要成分。例如，静电过滤器包括通过高压电缆或母线连接到高压电源的电极组。电极组、电缆和母线均提供了系统的总电感值。即使在不包括大的电感元件的应用中，系统的元件可能具有不可忽略的电感值。例如，连接到高压电源的负荷可能通过具有固有电感的高压电缆连接到电源上。因此，作为一般规律，所有的大功率电路都可以用电阻、电感和电容元件来模拟。
电感和电容负荷分量的出现通常难以使负荷中电流保持为所希望值。因为这些元件使负荷中电流不能很快地变化。这是不利的，因为在许多应用中，最好将大功率电路中的电流保持在所希望的值。不变的电流允许在一个最短的时间里传输最大量的电能。限制幅值也提高了电路中元件的安全性。最后，限制幅值对于由功率晶体管构成的电源是理想的。由于功率晶体管的额定容量是按照能够处理最大电流来考虑的，必须选用在电源中所产生的电流波形会周期性地超过平均电流值的晶体管，以处理周期性的峰值达到非常高的电流值。如果能控制负荷电流的幅值保持在平均值附近，在电源中就可以选用具有较低载流能力的廉价功率晶体管。
有几种不同的方法来设计产生直流(DC)高压的电源。例如，一种普通的方法是用逆变器将DC电压转换成高频交流(AC)方波电压，用高压变压器将方波电压升压，将变压器的升压后的输出整流，产生近似于DC的输出电压。这种产生方法的缺点是不能简单地控制在变压器中以及在负荷中产生的电流幅值和波形。负荷中电流的幅值受到两个变化电压的影响。首先，一次DC电压源的波动可以造成逆变器输出的AC方波电压幅值变化。逆变器输出的变化直接地影响电源的输出电压。其次，如果电源的输出电压保持不变，负荷中电感或电容元件上的压降的变化将影响负荷上的电流。例如，在滤波器应用中，在滤波器电极组上的电压降将随着通过滤波器的谐波量的变化而波动。两种变化的电压，即：由高压电源产生的输出电压幅值(以下称为Vgen)和负荷电容元件上的电压(以下称为Vc)通常是相互独立地变化。Vgen和Vc二者的变化均影响负荷中电流变化率。因为现有技术的电源不能成功地快速控制电源输出电压与负荷电压之差，电源与负荷的电流幅值和波形通常也是不可控的。
因此，在一个包括有电感和电容元件的电路中产生可控电流是一个困难的问题。已经建议了几种解决方法，它们均限制电源的开关速度。例如，一种解决方法是通过对电源输出增加一个电流调节器或限制器，将不稳定的DC输入电压转换成稳定的电流。在所增加的调节器限制高压电源的输出电流同时，电流调节器也包括了贮存能量的无功元件。当电源切断时，所贮存的能量必须通过其它元件释放，阻止了电源输出快速地下降到另。因此，可以从高压电源生成可调节电流的这些技术倾向于阻止电源关断。本发明的目的在于创造一种可以在负荷中产生可调节电流的电源，并且允许它快速关断。
所公开的高压电源具有多台高压发生器，它们可以分为三组，以下称为组I，组II和组III。每一台高压发生器包括有一个脉冲宽度调制(PWM)逆变器，一台高压变压器，和一个高压全桥整流器。在运行时，PWM逆变器产生高频AC电压，它可以经变压器升压，并由整流器整流。由电源所产生的输出电压(以下称Vgen)等于三组高压发生器各自输出电压之和。该输出电压可以施加在具有可变电感，电容和电阻元件的负荷之上。在负荷中电容元件上产生电压(以下称为Vc)。
每一组高压发生器向由电源所产生的输出电压贡献不同的分量。该电源周期性地通过两种运行模式，以保持负荷中所希望的电流。在驱动模式中，高压发生器中组I，II，III共同提供输出电压，它超过负荷中电容元件上的电压。为达到这一目的，组I产生跟踪电压(V1)，它随负荷中电流上升而下降，组II产生基本电压(V2)，它接近于负荷上的电压，组III产生加速电压(V3)，它的值能保证三个电压的总和超过负荷上的电压(即：V1+V2+V3＞Vc)。在驱动模式期间，负荷和高压发生器变压器中电流的变化率为最大值。
当负荷电流达到希望值时，便开始运行于跟踪模式。在跟踪模式期间，高压发生器的组I和II运行，以共同提供输出电压，它等于负荷中电容元件上的电压。输出电压中的组II分量为基本上不变的基本电压(V2)，它等于或小于负荷电压。组I高压发生器产生的跟踪电压(V1)，等于由组II高压发生器所提供的电压与电容元件上所出现的电压之差值(即V1+V2＝Vc)。因为电源的输出电压跟踪负荷中电容元件上的电压，在跟踪模式期间，负荷上和高压发生器的变压器上的电流保持不变。
为了扩大电源范围，提供有一个控制电路，用于启动或中止在组II中包括的附加高压发生器。为了跟踪负荷中电容元件上的电压变化，由组II发生器产生的高压必须能够产生大范围的输出电压。为了产生这些电压，附加高压发生器可以由控制电路启动或中止，以便调整电源的输出。能够动态地启动或中止这些发生器来响应负荷电压的变化。当组II内的高压发生器故障时，也能够启动附加发生器。故障的发生器可以动态地被替补发生器替换，以便保持所希望的输出电压不受显著的干扰。动态地替换失效的发生器增强了高压电源的可靠性。
可以体会到本文所公开的电源比起现有技术所提供的其它高压电源有一些优点。具体地，目前的电源在控制负荷和变压器中电流幅值和波形的同时产生高压。尽管在一次电压与负荷中电容元件上电压差的波动，电流也能被控制。控制电流使得电源发出并提供具有所希望波形的高电压。在先进技术的雷达和其它高压应用上，整形的波形电压是特别是有好处的。
此外，根据所希望的电源运行范围，可以选择在每一个电源中所包括的高压发生器数量。在驱动模式和在跟踪模式中，可以包括或多或少的组II发生器数，以便改变由电源所提供的基本电压值。因此，使用模块式设计可以增加电源的使用和灵活性。
另一个优点是几个本发明的高压电源可以相互并联，以产生具有所希望输出功率和电压的电源。并联是可能的，因为每一台高压电源的输出电流是可调节的，防止了电源变为过负荷。几个高压电源也可以串联，在诸如行波管和射线的设备的应用中所需要的增加可投切多输出电源。
所公布的电源的另一个优点是，包括在组II中的附加高压发生器也可以启动或中止，以补偿整流的AC输入电压中的纹波。由AC线路电压整流提供所公布的电源所需要的DC电压。通常需要用大型和昂贵的电容滤波器来产生足够平滑的DC电压，以防止高压电源的输出产生波动。如果不采用电容滤波器，所公开的电源可以在输入DC电压下降时启动附加组II的发生器，在输入DC电压升高时中止组II的发生器，以达到保持所希望的输出电压的目的。
还有一个优点是在电源设计时只包括有极少量的贮能元件。使用最少量的电感或电容使得本发明的高压电源能够迅速地投入或切除。电源的快速响应使它可以应用于在诸如负荷短路的故障条件出现时，希望能够快速地断电的情况下。本文所公开的电源的快速开关时间使它特别适用于如静电滤波器，X-射线设备，脉冲和连续激光以及雷达系统等。
连同附图一起参考以下详述，将会更好地理解本发明，对于本发明的以上方面和许多附带的优点将会更加容易理解。其中：
图1为连接到具有电容、电感和电阻元件上的现有技术高压电源的方块图；
图2为根据本发明的具有多台高压发生器的高压电源方块图；
图3为显示图2的高压电源运行期间，各种电压产生的时序图；
图4为显示图2的高压电源运行期间，当负荷中电容元件上的电压升高时，各种电压产生的时序图；
图5为显示图2的高压电源运行期间，当负荷中电容元件上的电压下降时，各种电压产生的时序图；
图6为一个逆变器的电路图，它适合于应用在图2电源中包括的高压发生器中；
图7为高压整流器的电路图，它适合于应用在图2电源中包括的高压发生器中；
图8为控制电路的电路图，它适用于启动和中止在图2电源中的多中高压发生器；并且
图9为电流控制电路的电路图，它适合于在图2电源中的高压发生器中维持不变的电流。
现有技术的一台高压电源设计如图1中的方块图所示。该电源包括一次DC电压源20，它向高压发生器22提供未经调节的DC电压。高压发生器连接到负荷24上，它由逆变器26，变压器28和整流器30组成，产生供负荷的高压。逆变器26将一次电源的未调节的DC电压转换为高频方波。用高压变压器28将高频方波升压，经高压整流器30整流。最后输出到负荷上的电压是具有近似不变的DC幅值的全整流方波。
通过负荷的电流取决于由高压发生器22产生并且施加于负荷上的电压。负荷24可以用三种元件来模拟：电感元件32，电容元件34以及电阻元件36。当由高压发生器施加电压时，在电感元件中所产生的电流可以用以下公式表示： Vgen - Vc L = di dt - - - - - ( 1 ) 其中，Vgen＝高压发生器22所产生的电压；
  Vc＝电容元件34上的电压；
  i＝通过电感元件32中的电流；
  L＝电感元件32的等效值；和
  di/dt＝电感元件中电流的变化率。
从公式(1)中可以看出，负荷中的电流变化率取决于Vgen和Vc之差。有几个因素可以造成这些电压的波动。就Vgen而言，高压发生器的输出正比例于一次电源所产生电压的幅值。由于一次电压源的不稳定或者电压纹波产生的波动直接地引起输出电压Vgen的变化。相反地，由于负荷中电感元件上的电压降变化使Vc的幅值变化。由于释放能量，例如滤波器运行期间，可以使电感元件上的电压降发生变化。随着Vgen和Vc的变化，电压之差通常也发生变化，造成通过负荷的电感元件中电流成正比例地波动。通常情况下，负荷电流的大的变化是要避免的，因为它们有可能使负荷中的电气元件过热或损坏。
本发明的目的在于将负荷中的电流幅值保持在一个希望的水平上，而与一次电压的任何波动以及电容元件上电压的变化无关。
1.一般电源结构和运行
根据本发明所构造的高压电源40的方块图如图2所示。高压电源40由三组高压发生器50组成，标志为组I，II和III。在本发明的一个最佳实施例中，组I是由一台高压发生器50a组成，组II是由八台高压发生器50b，50c，…50i组成，组III是由一台高压发生器50j组成。在理解了本发明以后，将会理解每一组中所包括的高压发生器可多可少，以便构成本发明能运行在所希望的电压和电流值上。
一个单相AC电源84向高压电源提供电力。在高压电源的一个最佳实施例中，AC电源84提供60HZ的120V的AC电压。该AC电源向经过线路100和102连接到高压发生器50b，50c，…50j中每一台的未调节AC-至-DC整流器52提供运行电力。在线路100和102之间连接有滤波电容器88。AC电源84还向连接到高压发生器50a上的电流控制电路64提供运行电力。在目前的最佳实施例中，整流器52是全桥半导体网络，它提供了未调节的DC电压。在此类实施例实现时，由整流器产生的DC电压近似为170V。
每一台高压发生器50a，50b，…50j是由高压逆变器70a，70b，…70j，高压变压器72a，72b，…72j以及高压整流器78a，78b，…78j组成。如图2所示，每一台逆变器70a，70b，…70j的输出连接到变压器72a，72b，…72j的对应一次绕组74a，74b，…74j并提供信号。相应的高压整流器78a，78b，…78j连接到每一台变压器的二次绕组76a，76b，…76j。高压发生器以串联结构连接，所以，电源的输出电压Vgen是每一台高压发生器产生的输出电压之和。也就是高压电源中每一组产生的输出电压相加形成Vgen。
高压电源经线路80连接到负荷24上。负荷24可以模拟为电感元件32，电容元件34和电阻元件36。当电流流过电感元件32，在负荷的电容元件上产生电压Vc。如上面所讨论的，电感元件32上的电压降变化的结果使电压Vc变化。由于诸如能量释放引起的Vc变化，通常会造成负荷中电流的变化。然而，如以下将要演示的那样，本文公开的电源产生可变的输出电压，它保持一个所希望幅值的基本上不变的负荷电流通过负荷的电感元件。
如前面所述，每一组发生器负责产生电源输出电压中的一种不同的分量。图3中提供了电源中组I，II和III所产生的输出电压的代表性时序图，以下将一般性地讨论图3。可以体会到，显示每一个高压发生器组输出电压的图在图3中理想化了。例如，逆变器的电压转换在一定程度上被高压变压器和高压整流器的负荷所阻尼。因而，在图3中所示的波形被论为在负荷中产生所希望电流(Id)的高压发生器输出电压的有代表性波形。每一高压发生器组的特殊结构将对应于图6，7，8和9在后面讨论。
在图2中，每一台高压发生器连接到时序发生器66上。时序发生器以高频时序信号同步地驱动高压发生器中每一个逆变器，在本发明的一个最佳实施例中，由时序发生器产生的时序信号是具有幅值为15V，频率在10-20KHZ范围内的方波电压。由时序发生器产生的有代表性的方波时序信号由图3中的Vsw图形所示。如图3所示，每一个发生器组从方波的上升边或下降边开始产生特性输出电压。虽然方波时序信号是最佳的，熟悉本领域的人们会论识到，高压发生器中的逆变器也可以用任何重复性信号来驱动。在以下讨论中企图采用周期性方波时序信号的同时，任何非周期性重复的时序信号也可以用来产生一个所希望的输出电压波形。
组III高压发生器50j产生如图3中图形V3所示的周期性矩形脉冲。用时序信号的上升边矩形脉冲开始，脉冲的幅值对应于由A-到-DC整流器52所提供的DC电压幅值，以及变压器72j的匝数比。连接在逆变器70j和变压器72j一次绕组74j之间的电流测量器58感受到逆变器传递的电流。当电流测量仪58所测到的电流对应于电感元件32上所希望的负荷电流(Id)时，组III高压发生器的逆变器被关断。当关断时，由组III发生器所产生的输出电压降为另。
图2中的组II高压发生器50b，50c，…50j提供如图3中图形V2所示的近似地为DC输出电压。也就是说，每一个组II逆变器70b，70c，…70i产生方波输出，它与时序发生器66所产生的时序信号同步。由每一个逆变器产生的方波电压由相应的变压器升压，并且由对应的高压整流器全波整流。在图2的布置中，有选择地启动高压发生器50b，50c，…50i的控制电路56，确定由组II发生器共同产生的输出电压。控制电路56从线路54上的分区网络82接受到代表负荷电容元件上电压Vc的电压。控制电路监视负荷上的电压，启动或中止高压发生器，使得组II发生器所产生的总电压小于或等于负荷上电容元件上的电压。组II发生器的输出电压因而以对应于由组内每一台高压发生器所产生的输出电压的微增步长变化。
组I高压发生器50a产生输出电压V1，它可以在从零到供给电流控制电路64的最大输入电压之间的范围内。组I高压发生器连接到电流控制电路64上。与组II和组III高压发生器不同，组I高压发生器是一种电流输入逆变器。在电流控制电路64和逆变器70a之间所连接的是电流监测器60。电流监测器60监测流过逆变器的电流值。所监测的电流是流过包括在高压发生器中的变压器二次绕组的电流标量，因而，它正比例于通过电源流到负荷的电流。如果由电流监测器60测量到的电流指示了负荷中的电流值低于所希望的电流Id，电流控制电路64便向逆变器70a提供附加电流，以增加由高压发生器产生的电压。相反地，如果由电流监测器60测量到的电流指示了负荷中的电流值高于所希望的电流Id，高压发生器50a的输出电压便降低。按照这样的方法，由组I高压发生器产生一个可变电压，以便跟踪电容元件上电压的变化，将负荷中的电流保持在一个希望值上。由组I发生器产生的有代表性的输出电压示于图3中V1图。
由于高压发生器的每一组产生上述输出电压，使该电源周期性地通过两种运行模式，以下称之为驱动模式和跟踪模式。在驱动模式期间，由图3中从t1到t2的时间段表示，组I，组II和组III发生器之和超过负荷中电容元件上测得的电压Vc。组I发生器在驱动模式期间产生动态变化的高压。组II发生器产生基本上不变的输出电压，它由被整流的方波电压组成。组III发生器产生正的矩形脉冲。选择V2和V3的幅值，使得V2和V3之和为不变电压，并且超过Vc(即V2+V3＞Vc)。由于在驱动模式期间Vgen大于Vc，根据公式(1)，在从t1到t2期间，电流的变化率为正。因此，在驱动模式期间，流过负荷的电流增大，直到它达到所希望的值Id。当电流达到所希望的值，电流监测器58感受到所希望的电流，并且关断组III逆变器70j。此时，电源进入到跟踪模式运行。
应到达所希望的电流值时，电源进入了由图3中t2到t3时间段代表的运行跟踪模式。在运行的跟踪模式期间，由电源所产生的电压Vgen基本上跟踪负荷中电容元件上的电压Vc。具体地说，组III中高压发生器的输出被电流监测器58所提供的反馈切断。因此，电压Vgen下降到组I和组II高压发生器输出之和的值。组II的发生器共同产生的DC电压和小于或等于负荷电压。与此同时，组I中的高压发生器被控制，使得电压V1和V2之和基本上等于负荷中电容元件上的电压Vc(即V1+V2＝Vc)。如前指出，通过监测向负荷提供的电流，电流监测器60使组I发生器增大或减少它的输出电压，以便跟踪负荷中电容元件上电压的变化。电压Vc可能因为不同原因而变化，例如，因为负荷中的任何充电或放电过程。如果没有本发明，Vc的任何此类变化都将引起负荷电流的变化。然而，在跟踪模式期间，本文所公开的电源保持电压Vgen在基本上等于Vc的值上。因此，根据公式(1)，在跟踪模式期间，负荷电流的幅值并不明显地变化，因为在理想情况下负荷中电感元件上的电压降等于另。在驱动模式和跟踪模式期间通过控制输出电压，有可能在负荷中产生一个近似于不变的电流并且具有最小的纹波。此外，在变压器中保持近似于方波的电流，从能量传输的观点来看，它是有益的。
在由时序发生器66所产生的方波电压Vsw的后半周期中，重复两模式电压产生过程。在时间t3，方波电压的极性反转，负电压驱动高压发生器。用以驱动高压发生器的电压极性变化引起高压电源输出电压Vgen瞬时下降。它使Vc超过Vgen，在负荷中产生下降电流，因为根据公式(1)，流过电感的电流变化为负。
在t3到t4的驱动模式期间，应用整流的V1，V2和V3之和使Vgen超过Vc，并使流过负荷中电感元件的电流增大。在时间t4，流过电感的电流达到所希望的值。当达到所希望的电流时，图2中的供电开始运行于跟踪模式。从组III高压发生器的输出被关断，电压Vgen下降到V2值，即组II高压发生器的输出。与此同时，组I高压发生器改变其输出，使得V2和V1之和等于电容负荷上的电压Vc。在图3中t5处，即在方波时序信号负极性部分的末尾又开始驱动模式运行。
图4和图5为时序图，所示为造成组II高压发生器启动和中止的电容元件上电压Vc变化的影响。回忆在图2中，由多台发生器50b，50c，…50i产生组II输出电压V2。由控制电路56控制产生电压的组II发生器数量，它可以有选择地启动或中止每一台组II发生器的输出。图4表示了负荷中电容元件上的电压Vc正在增大的情况。随着电压增大，组I高压发生器所产生的输出电压V1幅值继续地增大，以保证Vgen跟踪Vc。在时刻t1，由电流控制电路的输入电压测得组I高压发生器所产生的电压达到最大。从时刻t1到t2，输出电压V1保持最大值。因为在此段时期中，Vc继续增大，然而，Vc变为大于Vgen引起了通过负荷的电流IL下降。认识到高压电源的输出电压不再跟踪Vc，电源中的控制电路启动在组II高压发生器中的附加发生器。组II中的附加发生器提高了由组II发生器所产生的输出电压，从而提高了输出电压Vgen。到时刻t3时，由组I和组II发生器所产生的输出电压足以跟踪Vc，但不引起V1饱和。因而在时刻t3以后，负荷中的电流IL回到所希望的幅值和波形。
类似地，图5表示了负荷中电容元件上的电压正在减少的情况。随着电压Vc减小，组I高压发生器所产生的输出电压V1幅值继续减小，以保证Vgen跟踪Vc。在时刻t1，由组I高压发生器产生的电压达到最小值(基本上等于另)，此时它不产生任何Vgen的分量。从时刻t1到时刻t2，输出电压保持为零。因为这段时期中Vc继续减小，然而，Vc变为小于Vgen，引起通过负荷的电流IL增大。认识到高压电源的输出电压不再跟踪Vc，电源中的控制电路中止了组II高压发生器中的发生器。去除组II中的一个发生器使得组II发生器所产生的输出电压V2减小，从而减小了输出电压Vgen。在时刻t3，由组I和组II中发生器所产生的输出电压又足以跟踪Vc，但不强迫V1为零。因而在时刻t3以后，负荷中的电流IL回到所希望的幅值和波形。
控制电路56也可以启动附加的组II发生器，以替换失效的发生器。可以用替换发生器动态地替代失效发生器，以便保持所希望的输出电压基本上不受干扰。可以用几种不同的技术来检测失效发生器。一种技术可以是监测每一台组II发生器50b，50c，…50i所产生的输出电压。一台给定发生器所产生的输出电压突然地或者不期望地下降，就可能指示出一台失效的发生器。另外，每一台组II发生器上也可以装有熔丝。引起熔丝断开的故障条件可以被检测出来，附加的组II发生器便启动以补偿失效发生器。总的说来，在控制电路56的控制下，失效的发生器的动态替换提高了高压电源的可靠性。
在叙述了所公开的高压电源的一般运行以后，将参照图6，7，8和9叙述电源的最佳实施例中元件的详细电路图。
2.组III高压发生器
组III高压发生器设计来产生周期性变宽度矩形脉冲，在电源的驱动模式期间，该脉冲用作为加速电压。在图2的布置中，组III发生器包括一台高压发生器50j。从AC-到-DC整流器52输出的未调节DC电压经过线路100和102直接连接到高压发生器50j上。图6为适合高压发生器50j使用的脉冲宽度调制(PWM)逆变器的电路图。该PWM逆变器70j原理图所示包括以下基本元件：变压器148，四个功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)157，158，159和160，电流互感器165，电阻166以及三端双向可控硅开关146和147。晶体管157，158，159和160连接为全桥式结构。当一对晶体管，例如晶体管157和160，加偏压为ON(即导通)，由晶体管158和159组成的另一对晶体管被关断OFF，使电流从线路100通过晶体管157和变压器165流入端点168。端点168和170连接到高压变压器72j的一次绕组74j上，电流从端点168，经过高压变压器的一次绕组，并且通过端点170和晶体管160流入地中。当晶体管157和160为关断OFF，晶体管158和159加偏压为ON，电流以相反方向流入一次绕组74j。也就是说，电流从线路100经过晶体管159，端点170，一次绕组74j，端点168以及晶体管158流入地。交替地加偏压或开断每一对晶体管ON或者OFF，从而使电流在一个方向或另一方向流入高压变压器72j的一次绕组。
MOSFET对的开断是由时序发生器66所产生的时序信号来控制，并且在端点105和106与逆变器相连接。在运行的最佳模式，由时序发生器所产生的方波时序信号的频率为10至20KHZ，幅值为15V。端点105和106连接到变压器148的一次绕组上。在变压器148上加方波电压使晶体管对偏置为ON和OFF。当端点105相对于端点106为正极性时，正电压加在晶体管157和160的门极上，使晶体管偏置为ON。与此同时，负电压加在晶体管158和159的门极上，因为连接到这些晶体管上变压器148的二次绕组的反向极性。当晶体管157和160偏置为ON的同时，晶体管158和159因此为开断OFF。相类似地，当端点106和105上电压反转其极性，使端点106相对于端点105为正，晶体管157的160为关断OFF，晶体管158和159偏置为ON。
在逆变器中有一些附加元件使逆变器的运行为最优化。在端点168和170以及线路100和102之间连接有半导体161，162，163和164，当全部四个晶体管均为关断OFF时，允许电流从高压变压器72j流入线路100和102。在关闭期间，或者当高压发生器不产生电压时，晶体管为关断OFF。在变压器148的二次绕组和晶体管的门极之间连接有电阻149，151，153和155，以便限制施加于晶体管上的门电压。在晶体管157，158，159和160的门极和源极之间连接有电阻150，152，154和156。电阻为电流通过晶体管的门极-对-源极电容建立了一条通道，使得晶体管接到关断位置更为迅速。
通过施加于端点144上的适当控制信号，每一逆变器可以启动或中止。端点144连接到与变压器148的一次绕组串联的三端口双向可控硅开关146的门极上。当三端口双向可控硅开关146由施加于端点144的电压而偏置为ON时，端点106和变压器148之间的连接便完成了，使得时序发生器的方波电压施加于晶体管157，158，159和160的门极上。但当三端口双向可控硅开关146为关断OFF时，端点106和变压器148之间的连接被切断，晶体管157，158，159和160保持为关断OFF。当三端口双向可控硅开关146为关断OFF时，PWM逆变器不产生输出电压。在本发明的最佳实施例中，逆变器70j中的三端口双向可控硅开关146保持偏置为ON，以保证组III高压发生器总是启动。
由电流互感器165，电阻166和三端口双向可控硅开关147组成的电路作为PWM逆变器的过电流保护。电流互感器165的一次绕组与连接到端点168的输出线以及高压变压器74j的一次绕组串联。电阻166与电流互感器165的二次绕组并联。二次绕组也连接在变压器148的一次绕组和三端口双向可控硅开关147的门极之间。三端口双向可控硅开关147连接在端点105和106之间。由于电阻166跨接在电流互感器165的二次绕组上，在电阻166上产生正比例于逆变器输出电流的电压降。选择电阻166的值，使得输出电流的幅值达到预选的极限值时，电阻166上的电压降足以将三端口双向可控硅开关147偏置为ON位置。当三端口双向可控硅开关147偏置为ON时，端点106跨过电阻145对端点105短路，防止时序发生器所产生的方波电压施加于变压器148上。当逆变器的电流超过过电流的极限时，由于三端口双向可控硅开关使端点105和端点106短路，从而使逆变器中止。
对于组III高压发生器，由电流互感器165，电阻166和三端口双向可控硅167组成的电路也作为电流监测器58去控制高压发生器50j所产生的矩形电压脉冲的宽度。选择组III逆变器70j中的电阻166值，使它大于在PWM逆变器70a，70b，…70i所用的电阻166的值。选择电阻166的值，使得逆变器输出电流大于目标电流时，在电阻166上产生足够的电压降，使三端口双向可控硅开关147偏置为ON。目标电流是流过逆变器、指示负荷中的电流等于或大于所希望的电流Id的一个电流。使三端口双向可控硅开关147偏置为ON将会使逆变器70j为关断OFF，从而关断组III发生器的输出电压。因此，组III逆变器70j产生矩形电压脉冲，而不是由逆变器70a，70b，…70i所产生的方波电压。
参考图2，由逆变器70j所产生的矩形电压脉冲施加于高压变压器72j上。高压变压器使输出电压升压到所希望的输出值。在高压电源的最佳实施例中，高压变压器具有铁淦氧磁心，并带有90匝的一次绕组74j和550匝的二次绕组76j。交变方波电压驱动逆变器70j的频率为10至20KHZ。由高压变压器升压以后，组III高压发生器因而产生具有相同频率10至20KHZ，幅值为1000V左右的输出电压。
在逆变器输出电压被变压器72j升压以后，它施加于高压整流器78j上。图7为一个适合用于高压发生器50j的示范性高压整流器78j的电路图。该高压整流器由四个高压二极管180，182，184和186组成，它们连接成全桥结构。桥的输入线188和190连接到高压变压器72j的二次绕组76j上。桥的输出线跨连接在电容192和电阻194并联组合之上。在运行中，由逆变器70j产生，并由变压器72j升压后的高压方脉冲施加于二极管桥的输入上。然后，桥的全波整流输出由电容192和电阻194滤波并加负荷。组III高压发生器的整流输出对应于图4和图5中所示的V3图形。
3.组II高压发生器
参考图2，在最佳实施例中，八个组II高压发生器50b，50c，…50i采用几乎完全相同于组III高压发生器50j的设计来构造。逆变器70b，70c，…70i的结构基本上如图6所示。微小的变化是选择电阻166的值，使得组II逆变器在负荷中指示为所希望电流时不能中止。代之以选择电阻166的值来提供每一台高压发生器的过电流保护。其结果是组II逆变器70b，70c，…70i在正常运行时产生的输出电压基本上与时序发生器所产生的方波电压完全一样。也就是说，以时序方波的10KHZ到20KHZ频率驱动逆变器，并且产生此频率下的方波输出电压。每一个高压发生器50b，50c，…50i中的其余元件和高压发生器50j中的元件完全一样。高压变压器72b，72c，…72i和变压器72j完全一样，整流器78b，78c，…78i对应于图7所示整流器78j的结构。逆变器所产生的方波通过变压器升压，通过整流器全波整流。因此，每一台组II高压发生器产生具有1000V幅值的近似DC输出电压。
控制电路56连接到每一台组II高压发生器50b，50c，…50i上。控制电路设计成负荷中电容元件上电压Vc的监测器，启动或中止组II高压发生器，使得组II发生器的输出电压V2小于或等于Vc。图8为控制电路的方块图，适用于监测负荷中电容元件上的电压降，并且启动或中止高压电源中附加组II高压发生器。
如图8所示，高压分压器网络82由电阻200a，200b，…200n组成，它们串联在Vc和地之间。选择电阻，使得电阻200b，200c，…200n上的电压降将电阻200a的电压降减低到所希望的值。依靠线路54将电阻200a上的电压提供给控制电路56。
控制电路56包括多路调制器202，模拟量变数字量的转换器204，多路解调器206，微处理器205和有关的存储器207，在本发明的最佳实施例中，还有八个光隔离器208a，208b，…208n。控制电路的元件通过地址/数据总线203相互连接。多路调制器202通过线路54连接到高压分压器网络上，并通过线路101连接到AC电源84上。通过切换多路调制器202，微处理器可以有选择地对负荷中电容元件上的电压Vc，或者对AC电源的输出电压Vac进行采样。被选择的电压依靠线路201提供给模拟量变数字量转换器204。最好是该模拟量变数字量转换器产生三位数字值来代表被选电压(Vac或Vc)的幅值。可以理解的是应当选择电阻200a，200b，…200n，使得电阻200a上所期望的电压变化在模拟量变数字量转换器204的输入电压范围以内。同样必须对AC电源定标，使标量电源电压落在模拟量变数字量转换器的范围以内。
向微处理器205提供对应于被选电压的数字化值。在所选电压值的基础上，微处理器可以启动或中止附加组II高压发生器。为了启动或中止高压发生器，微处理器通过总线203向多路解调器发出适当命令。在本发明的最佳实施例中，多路解调器206是一个3×8的解码器，它启动对应于多路解调器的输入线路接到的数字值的输出线。从多路解调器来的每一条输出线连接到光隔离器208a，208b，…208h上。光隔离器通过线路210a，210b，…210h连接到端点144及如图6所示每个组II逆变器中所包括的三端口双向可控开关146的门板上。在多路解调器206和高压发生器50b，50c，…50i之间提供有光隔离器208a，208b，…208h，用以保证高压发生器所产生的高压与控制电路56中的逻辑电路隔离。在多路解调器输出线上的逻辑“1”接通相应的高压发生器，在多路解调器输出线上的逻辑“0”切断对应的高压发生器。
确定是否要启动或中止组II高压发生器是基于供电电压Vac或负荷上的电压Vc的测得的变化。控制电路必须启动或中止组II高压发生器中的逆变器，以保证由组II发生器所产生的总电压等于或小于电压Vc。如果Vc增大，Vac减小，或者(Vc-Vac)增大，控制电路将通过在线路210a，210b，…210h上产生附加信号，使三端口双向可控硅开关146和有关的逆变器70b，70c，…，70i偏置为ON，使附加组II高压发生器启动。如果Vc减小，Vac增大，或者(Vc-Vac)减小，控制电路将通过关断OFF高压发生器逆变器中的一个或多个三端口双向可控硅开关，使附加组II高压发生器中止。在理想条件下，由组II发生器所产生的总电压不应当降到比电压Vc低大于一个组I发生器可以产生的最大电压值(即Vc-C2＝V1)。这样保证了组I和组II发生器的总和将允许高压供电的输出电压Vgen精确地跟踪Vc。组II高压发生器的输出电压之和对应于图4和图5中所示的V2图形。
熟悉本领域的人们将认识到，在控制电路中包括微处理器极大地改进了电源的灵活性。例如，微处理器用适当的编程可以过滤或反过来操纵所选择电压的测量值。如上面所讨论的，当组II高压发生器有故障的时候，微处理器205也可以连到传感器上去检测。当故障被检测到时，微处理器可以动态地启动一个附加高压发生器，去替换故障发生。
4.组I高压发生器
参考图2，在最佳实施例中，组I高压发生器50a采用几乎完全相同于组III高压发生器50j的设计来构造。逆变器70a的结构如图6所示。逆变器结构的仅有变化是选择电阻166的值，以提供过电流保护，而不是整定负荷中所希望的电流。在磁化的铁淦氧磁芯周围有90匝的一次绕组和640匝的二次绕组组成了高压变压器70a。高压变压器70a的二次绕组上的附加匝使得组I高压发生器所产生的输出电压到1200V。整流器78a相对应于图7所示的整流器78j的结构。
设计组I高压发生器，以产生输出电压在从零到最大值的范围内，以便跟踪由组II高压发生器所产生的电压与负荷中电容元件上的电压Vc之差值。在驱动模式期间，组I高压发生器产生一个动态变化的高压。在跟踪模式期间，组I高压发生器产生一个使V1+V2＝Vc的电压。
为了保证高压发生器50a产生一个所希望的输出电压，提供电流控制电路64，以监视并且保持通过高压发生器的所希望电流。在图9中提供了适用于监视并且保持通过组I高压发生器的所希望电流的电流控制电路的原理图。电流控制电路的中心是PWM控制器220，在本发明的最佳实施例中是一块Signetics NE5561。PWM控制器220产生内部锯齿波电压，它对于从20kHZ时序信号运行的逆变器实施例具有最佳为40kHZ频率。由连接到控制器上的电阻248和电容250来确定PWM控制器的频率。
PWM控制器220连接到一个开关网络222上，该网络用于接通和开关在线路100上通过电感224向逆变器70a提供的DC电压。开关网络222包括MOSFET晶体管226，它具有漏极与线路100相连，基极和源极与电感224相连。晶体管226的门极通过电阻230与变压器232的二次绕组的一个引出线相连接。二次绕组的另一引出线连接到晶体管的基极和源极，还通过电阻228连接到门板。电阻230限制了加于晶体管226门极上的电流，电阻228为电流从晶体管的门极到源极电容流过建立了一条通道，使晶体管更快地切换到OFF位置。变压器232的一次绕组的一个引出线跨电阻240和电容238接地，并通过电阻236连接到线路100上。电阻234与一次绕组并联。一次绕组的另一引出线连接到PWM控制器220上。
在运行中，晶体管226由PWM控制器220投切，使不连续的电流流过电感224和逆变器70a。当PWM控制投入时，允许电流从线路100通过电阻236和变压器232的一次绕组，经过PWM控制器由线路102接入地。这样便在晶体管226的门极上产生正电压，使晶体管偏置为ON，允许电流经过电感224，由线路103流入逆变器70a。在流过逆变器70a以后，电流经过线路104，并联电阻242，由线路102接入地。随着通过并联电阻的电流幅值增大，电阻上的电压降也增大。电流达到所希望的值时，电压降便足以关断PWM控制器。在PWM控制器关断状态下，晶体管226切换为OFF，开关网络222不再允许电流流入逆变器。并联电阻从而作为电流监测器60运行，以控制组I高压发生器的输出电压。
开关网络停止了线路100的电流时，高压变压器72a二次绕组中的电流和贮存在电感224中的能量感应了电流流过并联电阻242和二极管244。如果流经并联电阻的电流指示出负荷中电流值超出所希望的电流值，则，并联电阻上的电压降便足以保持PWM控制器220为OFF状态。如果流经并联电阻的电流指示出负荷中电流值低于所希望的电流值，则，并联电阻上的电压下降到低于足以保持PWM控制器为OFF状态的电压。适当地选择并联电阻，因而就选择了负荷中要保持的所希望的电流Id。可以理解，PWM控制器调节由高压发生器50a产生的输出电压，以便保持通过高压电源和负荷中的所希望的电流。由Vc和V2之差来确定逆变器的输出电压。
在电流控制电路中也提供有二极管246，以保护电路的过电压。熟悉本领域的技术人员将会认识到，也可以采用其它电路或技术，使高压发生器50a的输出电流保持在一个希望的值不变。组I高压发生器的输出对应于图4和图5中所示V1的图形。
熟悉本领域的技术人员也将会理解，可以采用电流控制电路，以保证组III高压发生器产生所希望的输出电压。组III高压发生器可以采用类似于组I高压发生器结构的电流供给逆变器，而不是如上讨论的最佳结构。电流控制电路可以控制组III高压发生器，以保持所希望的电流通过发生器。在运行的驱动模式期间，电流控制电路使组III高压发生器所产生的电压增大，从而使电流值上升到所希望的电流Id。在跟踪模式期间，组III发生器的输出被切断。
已经叙述了高压供电的结构，以下给出电源的最佳实施例性能的简要例子。作为例子，选择了代表性的负荷，它有20千欧姆电阻元件，10uF电容元件，6×10-3H电感元件。每一台高压发生器50a，50b，…50j产生近似为1,000V电压，从而，高压电源产生最大输出电压为10kV。时序发生器产生方波时序信号，近似为15kHZ，具有周期为6×10-6秒。
在高压电源的驱动模式期间，组I，II和III发生器之和产生的电压比负荷中电容元件上的电压高出1000V左右。根据式(1)，负荷中电流的变化率为： di dt = 1000 6 × 10 - 3
对于负荷中的电流来说，在驱动模式期间一开始下降，然后达到所希望的0.5安培值需要6×10-6秒左右。一旦电流达到了所希望的值，高压电源便进入跟踪模式。组II高压发生器继续地输出电压，其值小于或等于负荷中电容元件上的电压。组I高压发生器产生组II输出电压与负荷中电容元件上电压之差值。在跟踪模式期间，由于负荷中电感元件上没有压降，负荷中的电流保持不变。
可以理解，根据本发明所构成的高压电源与现有技术相比较提供了许多优点。因为只使用了极少量的贮能元件来保持输出电压为所希望的值不变，本发明的高压电源能快速地投入或切断。不用贮能元件也提供了对于负荷电压变化的快速响应。因此，本发明的高压电源适合于用在动态应用场合，其中的负荷具有快速变化的电容，电阻和电感元件。
另一个优点是使用多个高压发生器来产生所希望的输出电压，使得高压电源可以适合于每一种特殊应用的要求。可以增加高压发生器，使组II发生器增加最大输出电压，电源的动态范围更大。控制电路56同样地可以扩展或缩小，以便控制更多的或较少量的高压发生器。
动态启动或中止高压发生器的能力也产生了若干运行的优点。启动或中止高压发生器允许控制输出电压，以便产生所希望的波形，电源就能适用于现代雷达和其它类似的应用。高压发生器也可以动态地增加或移去，以便平滑在低频输入AC电压中的纹波的影响。利用高压发生器来平滑输入电压纹波的影响，不需要大而昂贵的电容滤波器来调节输入电压。此外，当供电中的其它高压发生器发生故障时，也可以替换高压发生器。代用发生器的动态替换改进了电源的总可靠性。
在描绘和叙述了本发明的最佳实施例后，还可以理解，对其中还可以作出各种变化，均不偏离本发明的精神和范围。例如，供电的最佳实施例中只在组I和组III包括各一台高压发生器，熟悉本领域的技术人员还将认识到，在每一组中，多台高压发生器可以串级联接，以建立所希望的电压。可以用一控制电路来动态地启动或中止附加组I和组III高压发生器，以产生上述对应于组II发生器的伴随优点。类似地，虽然高压电源的最佳实施例的组II中有八台高压发生器，发生器的台数也可以随着期望的负荷以及负荷的波动而变化。
也还将理解，在每台高压发生器内包括的高压变压器的结构也可以改变。在每台高压变压器中只有一个二次绕组，也可以用多个二次绕组构成代替。多个二次绕组中的每一个都可以连接到高压整流器上，每一台高压整流器的输出电压相加，产生高压发生器的输出电压。每台变压器的一次绕组也可以用多个抽头构成。每一个抽头通过开关可以连接到高压发生器逆变器的输出上。通过投切一次绕组连接到逆变器的所希望的抽头，可以有选择地改变每一台高压发生器的输出电压。
熟悉本领域的技术人员将认识到，虽然电流控制器64用来保证组I的输出电压跟踪负荷中电容元件上的电压，也可以用其它控制方法来控制组I输出电压。例如，可以用一个专用电路来监测电压Vc并改变组I的输出电压V1，以便保证V1和V2之和跟踪Vc。熟悉本领域的技术人员将会认识到，其实现需要附加的电路，精确地监测负荷中电容元件上的电压，迅速地修正V1，以响应Vc的变化。
也将更进一步认识到，虽然在高压电源最佳实施例中用负荷中电容元件上的电压Vc’作为反馈，负荷中其它电压或电流措施也可以用作反馈，控制启动或中止的组II发电机数量。例如，在负荷中电容的充放电率的方法可以用来指示负荷中流过的电流。另外，可以直接测量负荷中电流的幅值和方向。用以监视负荷中电流的精确参数可以取决于负荷参数的可用性和可获得性。
也还将认识到，虽然在最佳实施例中，组II发生器的每一台产生同样电压，组II发生器也可以构连成产生不同的输出电压。例如，在一台30,000V电源的结构中，三台组II发生器中每一台可以设计为产生10,000V。因此，组I发生器也必须设计为最大产生10,000V。由于供电源的最佳实施例中的组I发生器包括了体积很大的贮能电感，使电源的尺寸和重量增加了。在一台30,000V电源的第二结构中，三台组II发生器也可以设计为产生17,100V，8600V和4,300V。第二结构允许组I发生器只产生最大4300V。较小的输出电压降低了大小，重量和组I发生器的贮能。因此，所公布的电源为使电源适合于特殊应用提供了特别的灵活性。
虽然以上讨论了高压电源的最佳实施例，其它众所周知的零件，元件以及它们的组合也可以用在这一电路中，产生PWM方波电压，以便保持所希望的输出电流不变。相同功能和性能的几种不同的设计可以用来代替图2中高压电源的元件块。其结果是，在附加的专利要求的范围内，本发明可以不用其中所特别叙述的方法来实现。

Claims (27)

1.一种高压电源，用于在具有分量部件的负荷中产生可控电流，它包括：
(a)一个产生重复性时序信号的时序发生器，其中，在时序信号的每一次重复期间，电源循环地经过驱动模式和跟踪模式；
(b)连接到时序发生器上的第一电压发生器，在跟踪模式期间产生跟踪电压；
(c)连接到时序发生器上，并与第一电压发生器串联的第二电压发生器，该第二电压发生器在驱动模式和跟踪模式期间产生基本电压；和
(d)连接到时序发生器上，并与第一和第二电压发生器串联的第三电压发生器，该第三电压发生器在驱动模式期间产生加速电压，其中，电源所产生的输出电压等于由第一电压发生器，第二电压发生器和第三电压发生器所产生的跟踪电压、基本电压和加速电压之和，所以，在驱动模式期间，电源的输出电压使负荷中的电压增大，将负荷中电流提高到所希望的值，而在跟踪模式期间，电源的输出电压将负荷中的电流基本上保持为所希望的值。
2.权利要求1的电源，其中，第二电压发生器由多台高压发生器相互串联组成。
3.如权利要求2的电源，其中，多台高压发生器中每一台产生具有相同幅值的输出电压。
4.权利要求3的电源，其中，多台高压发生器中的一部分产生具有不同幅值的输出电压。
5.权利要求2的电源，还包括连接到多台高压发生器和负荷上的控制电路，所述控制电路监测负荷中分量部件上的电压，启动或中止多台高压发生器中所希望的若干台，以响应负荷中分量部件上电压的变化。
6.权利要求5的电源，其中，该控制电路进而监测每一台高压发生器的运行状态，如果运行状态指示有一台高压发生器故障，便启动附加高压发生器。
7.权利要求5的电源，其中，该控制电路进而监测电源的输入电压，起动或中止多台高压发生器中所希望的若干台，以响应输入电压的变化。
8.权利要求5的电源，其中，控制电路将多台高压发生器所产生的基本电压保持在小于或等于由控制电路所监测的负荷中分量部件上的电压值。
9.权利要求1的电源，还包括DC电源，向所述电源提供运行功率。
10.权利要求9的电源，其中，多台高压发生器中的每一台包括：
(a)逆变器，具有第一输入端，连接到DC电源，第二输入端，连接到时序发生器；
(b)变压器，具有一次绕组，连接到逆变器的输出；
(c)整流器，连接到变压器的第二绕组。
11.权利要求10的电源，其中，多台高压发生器中的每一台产生整流的方波输出电压，与时序发生器产生的时序信号同步。
12.权利要求10的电源，其中，变压器的一次绕组包括多个抽头，通过多个开关连接到逆变器的输出。
13.权利要求9的电源，进一步包括一个电流控制电路，连接在DC电源和第三电压发生器之间。
14.权利要求9的电源，进一步包括一个电流控制电路，连接在DC电源和第一电压发生器之间。
15.权利要求14的电源，其中，第一电压发生器包括：
(a)一台逆变器，具有连接到固定电流调节器的第一输入端和连接到时序发生器的第二输入端，该固定电流调节器将逆变器中的电流保持在所希望的值；
(b)一台变压器，具有一次绕组，连接到逆变器的输出；和
(c)一台整流器，连接到变压器的二次绕组。
16.权利要求15的电源，其中，第一电压发生器产生一个等于负荷的元件上的电压减去第二电压发生器产生的基本电压之差的跟踪电压。
17.权利要求9的电源，其中，第三电压发生器包括：
(a)一台逆变器，具有连接到DC电源的第一输入和连接到时序发生器的第二输入；
(b)一台变压器，具有一次绕组，连接到逆变器的输出；
(c)一台整流器，连接到变压器的第二绕组；
(d)连接到逆变器的反馈电路，反馈电路监测电源中的电流，如果已经达到所希望的值，便中止第三电压发生器。
18.权利要求17的电源，其中，第三电压发生器产生周期性的方波脉冲。
19.权利要求1的电源，其中，重复性的时序信号是周期性的双极性信号。
20.权利要求1的电源，其中，重复性的时序信号是非周期性的。
21.权利要求1的电源，其中，第一电压发生器包括多台串联的高压发生器，以产生跟踪电压。
22.权利要求1的电源，其中，第三电压发生器包括多台串联的高压发生器，以产生加速电压。
23.一种高压电源，用于在具有电容元件的负荷中产生可控电流，它包括：
(a)一个时序电路，产生重复性时序信号；和
(b)一个电压发生器，在每一次时序信号重复期间产生电压，该电压发生器包括：
(i)连接到负荷和时序电路的第一发生器；该第一发生器与时序信号每一次重复同步，产生并施加于负荷上一个驱动电压，其中，驱动电压使负荷中电流增大，驱动电压加至负荷中电流达到所希望的幅值为止；和
(ii)连接到负荷和时序电路的第二发生器，该第二发生器在第一发生器产生驱动电压以后，产生并施加于负荷上一个跟踪电压，其中，跟踪电压等于负荷中电容元件上所测得的电压，使得负荷中的电流保持为近似于恒定的值。
24.权利要求23的高压电源，其中，第一发生器包括：
(a)一台加速发生器，产生整流的矩形波脉冲作为输出电压；和
(b)一台与加速发生器串联的基本发生器，产生整流的方波作为输出电压，其中，加速发生器的输出电压和基本发生器的输出电压之和超过负荷电压，因而，负荷中的电流增加。
25.权利要求23的电源，其中，第二发生器包括：
(a)一台基本发生器，产生整流的方波作为输出电压，该整流方波的幅值小于或等于测得的负荷电压；和
(b)一台与基本发生器串联的跟踪发生器，产生的电压等于基本发生器产生的电压与测得的负荷电压之差值，其中，基本发生器产生的输出电压和跟踪发生器所产生的输出电压之和等于负荷上的电压。
26.权利要求23的高压电源，其中，重复性时序信号是周期性双极性信号。
27.一种高压电源，用于在具有可变的电感、电容和电阻元件的负荷中产生可控电流，它包括：
(a)一个DC电源；
(b)一个产生重复性时序信号的时序发生器，其中，在时序信号的每一次重复期间，该高压电源循环地经过驱动模式和跟踪模式；和
(c)多台高压发生器与负荷串联，使多台高压发生器产生的输出电压相互叠加，其中，在运行的驱动模式期间，高压发生器产生的输出电压超过负荷中电容元件上的电压，因而造成负荷中电流增大，直到电流达到所希望的值为止，在此后，高压发生器进入运行的跟踪模式，其中，高压发生器产生的输出电压基本上等于负荷中电容元件上的电压，从而使负荷中的电流保持所希望的值，多台高压发生器中每一台包括：
(i)一个输入端连到所述DC电源，另一个输入端连到所述时序发生器的一台逆变器，产生与时序信号同步的AC电压；
(ii)连接到逆变器的一台变压器，使逆变器所产生的AC电压升压；和
(iii)连接到逆变器的一台整流器，对逆变器产生的AC电压进行整流。
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