CN206149163U

CN206149163U - 一种用于脉冲电源的脉冲发生装置

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Publication number: CN206149163U
Application number: CN201621083304.XU
Authority: CN
Inventors: 张秀梅; 李红泽
Original assignee: Changchun University of Technology
Current assignee: Changchun University of Technology
Priority date: 2016-09-27
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2017-05-03
Anticipated expiration: 2026-09-27

Abstract

一种用于脉冲电源的脉冲发生装置，包括直流电源、储能电容组、半导体开关组；所述脉冲发生电路的结构为：包括两组相同的直流电源的正极与分别与两个限流电感L1、L2的一端相连接；半导体开关组的集电极分别与限流电感的另外一端相连接；储能电容组的一端分别与半导体开关组S1、S2的集电极、限流电感L1、L2的另外一端连接；续流二极管De1、De2的阳极分别与储能电容组的另外一端连接；半导体开关组S1的发射极与续流二极管De1的阴极、直流电源的阴极相连接；半导体开关组S2的发射极与储能电容组Ce1的另外一端连接；直流电源的阴极、储能电容组Ce2的另外一端分别与负载两端连接。本实用新型可使储能电容组充电时电压均衡同时可使装置工作在较高的频率下充放电，并且且使IGBT开关组达到均压均流要求。

Description

一种用于脉冲电源的脉冲发生装置

技术领域

本实用新型涉及脉冲电源技术领域，特别是涉及一种用于脉冲电源的脉冲发生装置。

背景技术

脉冲电源作为特殊的开关电源其工作原理为：电源首先经过慢储能，使初级的能源具有足够的能量，然后向中间储能系统进行充电（或流入能量），能量经过储存、压缩、形成脉冲或转化等某些复杂过程后，最后快速放电给负载。高压脉冲电源作为脉冲电源的一种，是在高压直流电源的基础上增加开关电路，从而输出脉冲幅度可调、脉冲宽度可调、脉冲频率可调、脉冲输出个数可设定的一种高压电源。作为高压脉冲电源的核心部分，脉冲生成电路的设计尤为重要。传统的脉冲生成电路多采用Marx脉冲生成电路，而传统的脉冲生成电路在电容储能时充电电压均衡方面还有待改进。

国内已开展采用电感或半导体二极管替代电阻改进脉冲发生电路的研究。其中中国工程物理研究院在对全固态重复频率Marx发生器的几种基本构型和关键技术的研究中，在二极管固体开关充电隔离型Marx发生器中使用电阻、二极管、电感作为放电过程中的隔离原件，模拟分析了组合原件的均压、均流技术；重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室在其研究中为了克服经典Marx的缺点，采用电感和二极管隔离型的实际Marx发生器作为高压脉冲灭菌系统的核心，并采用半导体开关技术即IGBT可控的开关作用来实现电容的并联充电，串联放电，输出脉冲幅值和频率均可调的高压脉冲信号。上述研究中均采用了使用电感和半导体二极管替代电阻改进脉冲发生电路的技术方案，但均未涉及两电容的充电方式的改进。本实用新型在以上研究的基础上采用电感和半导体二极管替代电阻，同时将电容组充电方式由并联充电改为独立充电，大大提高了电容组充电电压的均衡性，使脉冲发生电路在性能上得到很大提升。

实用新型内容

为了解决现有技术中的缺陷，本实用新型公开了一种性能稳定、成本较低、具有高脉冲峰值电压、高瞬时功率的脉冲发生装置。

本实用新型通过以下技术方案加以实现：用于脉冲电源的脉冲发生装置，包括直流电源、储能电容组Ce1、Ce2、半导体开关组S1、S2；所述直流电源包括顺序连接的三相整流电路、逆变电路、变压器、整流滤波电路；其特征在于：所述脉冲发生电路的结构为：包括两组相同的直流电源的正极与分别与两个限流电感L1、L2的一端相连接；所述半导体开关组S1、S2的集电极分别与限流电感L1、L2的另外一端相连接；所述储能电容组Ce1、Ce2的一端分别与半导体开关组S1、S2的集电极、限流电感L1、L2的另外一端连接；续流二极管De1、De2的阳极分别与储能电容组Ce1、Ce2的另外一端连接；所述半导体开关组S1的发射极与续流二极管De1的阴极、直流电源的阴极相连接；所述半导体开关组S2的发射极与储能电容组Ce1的另外一端连接；所述直流电源的阴极、储能电容组Ce2的另外一端分别与负载两端连接。

优选为：所述直流电源为两组相同的电源，单独为电容组Ce1、Ce2进行充电。

优选为：所述三相380V电压输出端连接空气开关、快恢复保险管后再与三相全桥整流器输入端连接。

优选为：所述直流电源为带有恒流特性的输出电流可调的直流电源电路，其结构为：三相380V电压经三相全桥整流器整流，经电容器滤波后送入高频逆变电路，经高频变压器降压后输出到整流器，经电抗器和电容滤波后输出。

优选为：所述三相整流电路采用三相全桥整流集成模块；所述滤波电路采用1000V/4700uF、1000V/1uF各一只或各两只电解电容。

优选为：所述半导体开关组采用IGBT模块组并联。

优选为：所述储能电容组采用CBBM型高压脉冲电容串并联。

优选为：所述控制电路包括三相整流控制电路、逆变电路控制电路和脉冲生成控制电路。

有益效果：本实用新型采用限流电感及半导体二极管替代限流电阻并且将两电容组并联充电方式改为独立充电方式，可使储能电容组在充电时保持充电电压相等，同时装置可以工作在较高的频率下充放电，且使两半导体开关承受电压相同。采用上述新型脉冲发生电路结构保证系统的动态特性好、控制简单可靠、系统系能优异。

附图说明

图1为本实用新型脉冲发生电路原理结构图。

图2为本实用新型直流电源电路结构图。

图3为本实用新型储能电容组电路结构图。

图4为本实用新型半导体开关组电路结构图。

具体实施方式

参见附图1-2所示。用于脉冲电源的脉冲发生装置，包括直流电源、储能电容组、半导体开关组、控制电路；所述直流电源由三相全桥整流电路、移相全桥逆变电路、高频变压器、整流滤波电路组成，该直流电源为带有恒压限流特性的直流电源电路，其结构为：三相380V/50HZ交流电经过不可控三相全桥整流模块整流，然后经过滤波电路滤波后送入高频逆变电路，再经过高频变压器升压后输出到单相整流模块，最后经过LC滤波电路滤波后输出；所述直流电源为两组相同的电源，独立为电容组Ce1、Ce2进行充电；所述三相全桥整流电路由整流控制电路控制；所述移相全桥逆变电路由逆变控制电路控制；所述整流电路将三相380V交流电变换为540V直流电；所述移相全桥逆变电路将540V直流电变换为高频交流电；所述高频变压器将高频交流电进行升压变换为1000V交流电；所述整流滤波电路将高压交流电进行整流滤波提供给储能电容组进行充电。所述半导体开关组控制储能电容组的充放电；续流二极管De1、De2为储能电容组提供充电回路。所述限流电感L1、L2可保证储能电容组以恒压限流方式充电。

所述脉冲发生电路中的充电电路由限流电感L1，L2以及续流二极管De1，De2组成。所述电容组Ce1、Ce2的一端与限流电感的一端连接，另外一端与续流二极管的阳极连接。所述脉冲发生电路中的放电部分由半导体开关组S1、S2与储能电容组Ce1、Ce2组成；所述半导体开关组S1的一端以及储能电容组Ce2的一端分别与负载连接；所述半导体开关组S2的两端分别与储能电容组Ce1，Ce2的一端连接，实现电路的串联放电。

参见附图3所示。所述储能电容组Ce1，Ce2结构为：第一电阻与第一电容并联，第二电阻与第二电容并联，第三电阻与第三电容并联，然后再串联；第四电阻与第四电容并联，第五电阻与第五电容并联，第六电阻与第六电容并联，然后再串联；两组串联结构再并联连接。

参见图4所示。所述半导体开关组S1、S2结构为：IGBT矩阵构成。具体结构S1为每组16个IGBT开关每2个串联，相同的8个串联模块再并联。S2结构与S1一致，S1与S2再并联使用。

所述脉冲发生电路的工作原理：当半导体开关组同时处于断开状态时，两直流电源通过限流电感L1、L2分别为储能电容组以恒压限流方式进行充电，由于两直流电源相同，故两储能电容组电压相同；当两半导体开关组同时导通时，两储能电容组以串联的形式向负载R、L放电。由于没有限流电阻的影响，脉冲发生电路可工作在高频率的工作状态下。同时可以通过半导体开关组的并联可实现脉冲电流的扩容；通过增加储能电容组和半导体开关组的方式实现脉冲电压的倍增从而实现峰值功率兆瓦级的输出。

本实用新型中的控制电路包括整流控制电路、逆变控制电路和脉冲生成控制电路，主要功能为：PWM控制信号的产生；恒流、恒压、高瞬时功率特性的生成，该控制电路属于现有技术，在此不在阐述。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是以上描述仅是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims

1.用于脉冲电源的脉冲发生装置，包括直流电源、储能电容组Ce1、Ce2、半导体开关组S1、S2；所述直流电源包括顺序连接的三相整流电路、逆变电路、变压器、整流滤波电路；其特征在于：所述脉冲发生电路的结构为：包括两组相同的直流电源的正极与分别与两个限流电感L1、L2的一端相连接；所述半导体开关组S1、S2的集电极分别与限流电感L1、L2的另外一端相连接；所述储能电容组Ce1、Ce2的一端分别与半导体开关组S1、S2的集电极、限流电感L1、L2的另外一端连接；续流二极管De1、De2的阳极分别与储能电容组Ce1、Ce2的另外一端连接；所述半导体开关组S1的发射极与续流二极管De1的阴极、直流电源的阴极相连接；所述半导体开关组S2的发射极与储能电容组Ce1的另外一端连接；所述直流电源的阴极、储能电容组Ce2的另外一端分别与负载两端连接。

2.根据权利要求1所述的用于脉冲电源的脉冲发生装置，其特征为：所述直流电源为带有恒流特性的输出电流可调的直流电源电路，其结构为：三相380V电压经三相全桥整流器整流，经电容器滤波后送入高频逆变电路，经高频变压器降压后输出到整流器，经电抗器和电容滤波后输出。

3.根据权利要求1所述的用于脉冲电源的脉冲发生装置，其特征为：所述直流电源为两组相同的电源，单独为电容组Ce1、Ce2进行充电。

4.根据权利要求2所述的用于脉冲电源的脉冲发生装置，其特征为：所述三相380V电压输出端连接空气开关、快恢复保险管后再与三相全桥整流器输入端连接。

5.根据权利要求1所述的用于脉冲电源的脉冲发生装置，其特征为：所述三相整流电路采用三相全桥整流集成模块。

6.根据权利要求1所述的用于脉冲电源的脉冲发生装置，其特征为：所述滤波电路采用1000V/4700uF、1000V/1uF各一只或各两只电解电容。

7.根据权利要求1所述的用于脉冲电源的脉冲发生装置，其特征为：所述半导体开关组S1、S2采用 16x2IGBT模块组。

8.根据权利要求1所述的用于脉冲电源的脉冲发生装置，其特征为：所述储能电容组Ce1、Ce2采用CBBM型高压脉冲电容串并联。