CN210351017U - 脉冲功率用大功率高压直流电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及高压直流电源，具体涉及脉冲功率用大功率高压直流电源，包括输出端直接并联的电源模块，电源模块包括用于进行整流滤波的整流滤波模块，与整流滤波模块相连的用于将直流电变为交流电的谐振逆变模块，与谐振逆变模块相连的用于进行调压的功率变压器，与功率变压器相连的用于进行高压整流滤波的高压整流滤波模块，与谐振逆变模块相连的用于驱动谐振逆变模块中控制开关的控制驱动模块；本实用新型提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的二次谐振带来的电流尖峰、不能在负载短路情况下正常工作、输出稳定性较差的缺陷。

Description

脉冲功率用大功率高压直流电源

技术领域

本实用新型涉及高压直流电源，具体涉及脉冲功率用大功率高压直流电源。

背景技术

由于脉冲电源断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用，其应用领域包括：脉冲电镀、极性相和非极性相的相分离、工业废气处理、脉冲电解污水处理、高频脉冲感应加热、高功率激光泵、产生高功率带电粒子束、电弧焊接、电火花加工、静电除尘、臭氧制取和表面热处理等。在军事上，脉冲电源还用于电磁轨道炮、电磁脉冲模拟、粒子束武器、液电爆炸等领域。

脉冲功率用大功率高压直流电源，多采压变压器升压再通过整流滤波的方式实现，有稳定性差(无稳压措施)、体积大、效率低、不可控等缺点，并且逐步被开关电源取代。本申请所涉及的脉冲功率用大功率高压直流电源，采用多台12.5kW开关电源模块并联的方式实现高压直流电源，并且具有恒流稳压的特性，输出稳定、体积小、效率高、可维性高。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本实用新型提供了脉冲功率用大功率高压直流电源，能够有效克服现有技术所存在的二次谐振带来的电流尖峰、不能在负载短路情况下正常工作、输出稳定性较差的缺陷。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

脉冲功率用大功率高压直流电源，包括输出端直接并联的电源模块，所述电源模块包括用于进行整流滤波的整流滤波模块，与所述整流滤波模块相连的用于将直流电变为交流电的谐振逆变模块，与所述谐振逆变模块相连的用于进行调压的功率变压器，与所述功率变压器相连的用于进行高压整流滤波的高压整流滤波模块，与所述谐振逆变模块相连的用于驱动所述谐振逆变模块中控制开关的控制驱动模块；

所述谐振逆变模块包括控制开关V1、V2、V3、V4，所述控制开关V1、V2、V3、V4的源极与漏极之间分别串联有二极管D1、D2、 D3、D4，所述控制驱动模块连接所述控制开关V1、V2、V3、V4的栅极，所述整流滤波模块的一个输出端连接所述控制开关V1、V3的漏极，所述整流滤波模块的另一个输出端连接所述控制开关V2、V4的源极，所述控制开关V1的源极通过谐振电感L1连接所述功率变压器的初级线圈，所述控制开关V1的源极与所述控制开关V2的漏极相连，所述控制开关V4的漏极连接所述功率变压器的初级线圈，所述控制开关V4的漏极与所述控制开关V3的源极相连，所述功率变压器的次级线圈与所述高压整流滤波模块的输入端之间并联有谐振电容C1；

所述电源模块的输出端并联后向磁控管输出电压，每个所述电源模块的输出电压为磁控管所需的直流电压，每个所述电源模块的输出电流为磁控管所需电流的1/N。

优选地，所述整流滤波模块采用全波整流电路、同步整流电路、多脉波整流电路中的任意一种。

优选地，所述整流滤波模块中包括用于提高功率因数的PFC电路。

优选地，所述电源模块提供电压采样信号、电流采样信号和故障信号。

优选地，所述功率变压器、高压整流滤波模块集成在高压油箱中，并通过高压连接器输出。

优选地，还包括机箱，所述机箱中设有与所述电源模块的输出端相连的用于对所述电源模块的输出端进行并联控制的并联控制电路，以及与所述并联控制电路相连的过压保护电路、过流保护电路。

优选地，所述机箱内部设有用于检测所述并联控制电路的输出端电压的电压检测模块，用于检测所述并联控制电路的输出端电流的电流检测模块，以及与所述电压检测模块、电流检测模块相连的用于与控制中心进行无线通信的无线通信模块。

(三)有益效果

与现有技术相比，本实用新型所提供的脉冲功率用大功率高压直流电源具有以下有益效果：

1、由于将谐振电容C1放在功率变压器的次级，与功率变压器的分布电容折合到初级后与谐振电感L1谐振，形成了谐振电感L1+功率变压器漏感+分布电容+谐振电容C1的形式，将功率变压器的漏感与分布电容完全利用上，避免了谐振电感-谐振电容-漏感-分布电容的连接结构导致的二次谐振问题而带来的电流尖峰问题；

2、在输出短路时，初级谐振回路为桥式电路对谐振电感L1充放电形式，波形为三角波，电源不会产生电流尖峰，导致控制开关损坏，即电源可以在短路情况下正常工作，因此电源抗打火能力极强；

3、由于谐振电感L1的存在，电源表现为恒流特性，可短路工作，抗打火能力强，适合非永磁磁控管工作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型系统示意图；

图2为本实用新型图1中电源模块系统示意图；

图3为本实用新型图2中谐振逆变模块电路示意图；

图4为本实用新型图2中谐振逆变模块工作电流波形示意图；

图中：

1、整流滤波模块；2、谐振逆变模块；3、功率变压器；4、高压整流滤波模块；5、控制驱动模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

脉冲功率用大功率高压直流电源，如图1至图4所示，包括输出端直接并联的电源模块，电源模块包括用于进行整流滤波的整流滤波模块1，与整流滤波模块1相连的用于将直流电变为交流电的谐振逆变模块2，与谐振逆变模块2相连的用于进行调压的功率变压器3，与功率变压器3相连的用于进行高压整流滤波的高压整流滤波模块4，与谐振逆变模块2相连的用于驱动谐振逆变模块2中控制开关的控制驱动模块5；

谐振逆变模块2包括控制开关V1、V2、V3、V4，控制开关V1、 V2、V3、V4的源极与漏极之间分别串联有二极管D1、D2、D3、D4，控制驱动模块5连接控制开关V1、V2、V3、V4的栅极，整流滤波模块1的一个输出端连接控制开关V1、V3的漏极，整流滤波模块1的另一个输出端连接控制开关V2、V4的源极，控制开关V1的源极通过谐振电感L1连接功率变压器3的初级线圈，控制开关V1的源极与控制开关V2的漏极相连，控制开关V4的漏极连接功率变压器3的初级线圈，控制开关V4的漏极与控制开关V3的源极相连，功率变压器3 的次级线圈与高压整流滤波模块4的输入端之间并联有谐振电容C1；

电源模块的输出端并联后向磁控管输出电压，每个电源模块的输出电压为磁控管所需的直流电压，每个电源模块的输出电流为磁控管所需电流的1/N。

整流滤波模块1采用全波整流电路、同步整流电路、多脉波整流电路中的任意一种。

整流滤波模块1中包括用于提高功率因数的PFC电路。

电源模块提供电压采样信号、电流采样信号和故障信号。

功率变压器3、高压整流滤波模块4集成在高压油箱中，并通过高压连接器输出。

还包括机箱，机箱中设有与电源模块的输出端相连的用于对电源模块的输出端进行并联控制的并联控制电路，以及与并联控制电路相连的过压保护电路、过流保护电路。

机箱内部设有用于检测并联控制电路的输出端电压的电压检测模块，用于检测并联控制电路的输出端电流的电流检测模块，以及与电压检测模块、电流检测模块相连的用于与控制中心进行无线通信的无线通信模块。

电源模块的输出端并联后向磁控管输出电压，每个电源模块的输出电压为磁控管所需的直流电压，每个电源模块的输出电流为磁控管所需电流的1/N。

如图4所示，谐振逆变模块工作过程分析如下：

t0时刻，控制驱动模块5驱动控制开关V1、V4导通，谐振电容 C1与功率变压器3的分布电容折合到功率变压器3的初级后与谐振电感L1串联谐振，此时相当于功率变压器3的次级短路，因此不向次级传递能量。

t1时刻，谐振结束，电流开始从功率变压器3的初级流过，向次级传递能量。

t2时刻，控制驱动模块5驱动控制开关V1、V4关断，由于谐振电感L1的续流作用，电流继续从功率变压器3的初级流过，并且使二极管D2、D3导通，电流流回供电端，电流开始下降。

t3时刻，控制驱动模块5驱动控制开关V2、V3导通，此时由于二极管D2、D3的导通，使得控制开关V2、V3的电压被锁定，此时控制开关V2、V3无开启损耗。

t4时刻，电流续流结束，电流换向，由于电容的极性与电流相反，此时谐振电感L1与谐振电容C1再次进行串联谐振，直到t5时刻谐振结束，这段时间内同样不向功率变压器3的次级传递能量。t5时刻后，工作方式同上半周期。

由于将谐振电容C1放在功率变压器3的次级，与功率变压器3的分布电容折合到初级后与谐振电感L1谐振，形成了谐振电感L1+功率变压器3漏感+分布电容+谐振电容C1的形式，将功率变压器3的漏感与分布电容完全利用上，避免了谐振电感-谐振电容-漏感-分布电容的连接结构导致的二次谐振问题而带来的电流尖峰问题。

在输出短路时，初级谐振回路为桥式电路对谐振电感L1充放电形式，波形为三角波，电源不会产生电流尖峰，导致控制开关损坏，即电源可以在短路情况下正常工作，因此电源抗打火能力极强。

由于谐振电感L1的存在，电源表现为恒流特性，可短路工作，抗打火能力强，适合非永磁磁控管工作。

将功率变压器3与高压整流滤波模块4集成在高压油箱中，采用高压连接器输出，无外露高压，保证了安全性。

本申请技术方案中，整流滤波模块1、谐振逆变模块2、功率变压器3、高压整流滤波模块4、控制驱动模块5设置于机柜内部，同时在整机中增加机箱，机箱中设有与电源模块的输出端相连的用于对电源模块的输出端进行并联控制的并联控制电路，以及与并联控制电路相连的过压保护电路、过流保护电路。

机箱内部设有用于检测并联控制电路的输出端电压的电压检测模块，用于检测并联控制电路的输出端电流的电流检测模块，以及与电压检测模块、电流检测模块相连的用于与控制中心进行无线通信的无线通信模块，便于控制中心对电源的工作状态进行有效监控与管理。

由于多台电源模块的输出端直接并联，因此当某个电源模块损坏时，不影响其他电源模块工作，电源可降功率正常工作，并且可直接对损坏的电源模块进行更换，保证电源尽快恢复正常工作。

本申请技术方案的目的仅是为了提供一种不同于现有技术的硬件配置，使技术人员能够在这样的硬件配置下实现进一步的开发，至于软件程序可在后期由本领域的编程人员根据实际效果需要进行编程。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.脉冲功率用大功率高压直流电源，其特征在于：包括输出端直接并联的电源模块，所述电源模块包括用于进行整流滤波的整流滤波模块(1)，与所述整流滤波模块(1)相连的用于将直流电变为交流电的谐振逆变模块(2)，与所述谐振逆变模块(2)相连的用于进行调压的功率变压器(3)，与所述功率变压器(3)相连的用于进行高压整流滤波的高压整流滤波模块(4)，与所述谐振逆变模块(2)相连的用于驱动所述谐振逆变模块(2)中控制开关的控制驱动模块(5)；

所述谐振逆变模块(2)包括控制开关V1、V2、V3、V4，所述控制开关V1、V2、V3、V4的源极与漏极之间分别串联有二极管D1、D2、D3、D4，所述控制驱动模块(5)连接所述控制开关V1、V2、V3、V4的栅极，所述整流滤波模块(1)的一个输出端连接所述控制开关V1、V3的漏极，所述整流滤波模块(1)的另一个输出端连接所述控制开关V2、V4的源极，所述控制开关V1的源极通过谐振电感L1连接所述功率变压器(3)的初级线圈，所述控制开关V1的源极与所述控制开关V2的漏极相连，所述控制开关V4的漏极连接所述功率变压器(3)的初级线圈，所述控制开关V4的漏极与所述控制开关V3的源极相连，所述功率变压器(3)的次级线圈与所述高压整流滤波模块(4)的输入端之间并联有谐振电容C1；

所述电源模块的输出端并联后向磁控管输出电压，每个所述电源模块的输出电压为磁控管所需的直流电压，每个所述电源模块的输出电流为磁控管所需电流的1/N。

2.根据权利要求1所述的脉冲功率用大功率高压直流电源，其特征在于：所述整流滤波模块(1)采用全波整流电路、同步整流电路、多脉波整流电路中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的脉冲功率用大功率高压直流电源，其特征在于：所述整流滤波模块(1)中包括用于提高功率因数的PFC电路。

4.根据权利要求1所述的脉冲功率用大功率高压直流电源，其特征在于：所述电源模块提供电压采样信号、电流采样信号和故障信号。

5.根据权利要求1所述的脉冲功率用大功率高压直流电源，其特征在于：所述功率变压器(3)、高压整流滤波模块(4)集成在高压油箱中，并通过高压连接器输出。

6.根据权利要求1所述的脉冲功率用大功率高压直流电源，其特征在于：还包括机箱，所述机箱中设有与所述电源模块的输出端相连的用于对所述电源模块的输出端进行并联控制的并联控制电路，以及与所述并联控制电路相连的过压保护电路、过流保护电路。

7.根据权利要求6所述的脉冲功率用大功率高压直流电源，其特征在于：所述机箱内部设有用于检测所述并联控制电路的输出端电压的电压检测模块，用于检测所述并联控制电路的输出端电流的电流检测模块，以及与所述电压检测模块、电流检测模块相连的用于与控制中心进行无线通信的无线通信模块。

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