CN112366975A - 一种多脉宽输出的磁压缩电源 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电源技术领域，提供了一种多脉宽输出的磁压缩电源，主要由两个部分组成：低压和高压部分。低压部分主要有主储能电容、主开关。高压部分主要有可饱和变压器、磁开关、储能电容器、快速恢复高压二极管和可调电感。低压部分的主开关接在可饱和变压器原边的两端，同时可饱和变压器的原边的另一端连接着主储能电容。高压部分的可饱和变压器的副边接在储能电容器的两端，储能电容器一端接有快速恢复高压二极管和可调电感。本发明的多脉宽输出的磁压缩电源可以控制输出的脉冲宽度。
Description
技术领域
本发明涉及一种多脉宽输出的磁压缩电源，属于电源技术领域。
背景技术
脉冲功率是短时间内出现的高功率，不断累积的能量在一定的时间释放出去，就能获得不同脉宽的脉冲功率输出。瞬时功率高、脉宽窄、占空比小、重复频率高等优势的特点使脉冲功率能够被广泛的应用。
脉冲功率的不断发展要求开关元件具有耐高压、耐强流、开通关断速度快、重复频率高、可控性好以及长时间稳定工作的能力。开关技术制约脉冲功率源的革新，而脉冲功率技术的发展需求也拖动开关技术的不断进步。传统高重复频率、长寿命纳秒脉冲发生器或者是基于电容储能和闭合开关，或者基于电感储能和断路开关。而基于磁开关的磁脉冲压缩技术(Magnetic Pulse Compress,MPC)是脉冲功率技术的领域的近年来很活跃的一个研究方向。它的出现和发展，主要是为了克服火花间隙开关、闸流管、晶闸管等大功率开关性能的不足给脉冲功率系统带来的限制。利用磁脉冲压缩技术，可以有效地压缩脉冲宽度及脉冲上升时间，提高电流或电压幅值，以达到所需的高功率要求，减轻了前级系统的负担，提高其寿命和重复频率。
如今省去磁开关磁芯复位电路的磁脉冲压缩网络得到了广泛的应用，并且可以工作在很高的频率，为以后的磁脉冲压缩电源的研制提供了基础。
发明内容
本发明的目的在于提出一种多脉宽输出的磁脉冲压缩电源。
本发明多脉宽磁压缩电源主要有两个部分组成：低压和高压部分。低压部分主要有主储能电容、主开关(各类半导体开关)。高压部分主要有可饱和变压器、磁开关、储能电容器、快速恢复高压二极管和可调电感。低压部分的主开关接在可饱和变压器原边的两端，同时可饱和变压器的原边的另一端连接着主储能电容。高压部分的可饱和变压器的副边接在储能电容器的两端，储能电容器一端接有快速恢复高压二极管和可调电感。
所述的低压部分中脉冲发生器、光电转换模块、驱动电路控制着主开关。其中，脉冲发生器采用arm芯片，产生可调脉宽、频率、个数的脉冲，将产生的脉冲信号通过光电转换模块由电信号转换成光信号再转换成电信号，由此产生的电信号输出给驱动电路，此驱动信号控制主开关的导通与关断，这时主储能电容器上的能量通过主开关、可饱和变压器的原边耦合到可饱和变压器的副边。
所述的高压部分将从原边耦合过来的能量储存在储能电容器中，储能电容器上的能量通过磁开关的饱和，将能量是放在负载，从而实现脉冲的压缩。可饱和变压器和磁开关都是采用非晶态金属环形磁芯，可饱和变压器采用2#磁芯变比为1：50，原副边绕组为双层绕线采用0.1mm厚的聚四氟膜做隔离层，各30匝。磁开关的采用7#磁芯，匝数为13。
本发明的有益效果：本发明可以控制输出的脉冲宽度。
附图说明
图1为多脉宽输出的磁压缩电源的电路图；
图中：100为220V交流供电系统、101整流桥、102充电电阻、103初级电容、104二极管、105电感、106主开关、107主储能电容、108可饱和变压器、109第一储能电容、110第二储能电容、111脉冲发生器、112光电转换模块、113驱动电路、114磁开关、115可调电感、116负载、117快速恢复高压二极管。
具体实施方式
以下结合附图和具体方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明一种多脉宽输出的磁压缩电源包括高压和低压两部分组成，低压部分与高压部分通过可饱和变压器直接连接在一起；
所述的低压部分包括主开关106和主储能电容107，主开关106一端接在主储能电容107的一端，另一端接在饱和变压器108原边的一端；主储能电容107的正极性端与电感105一端相连，负极性端与可饱和变压器108原边的另一端相连；电感105另一端接在二极管104的阴极端，二极管104的阳极端与充电电阻102的一端相连，充电电阻102的另一端与整流桥101相连，初级电容103正极性端接在二极管104的阳极，初级电容103的负极性端接在可饱和变压器108原边的一端；主开关106通过脉冲发生器111、光电转换模块112、驱动电路113控制；脉冲发生器111的一端与光电转换模块112的一端连接，光电转换模块112的另一端与驱动电路113相连，驱动电路113的另一端与主开关106的一端相连接，实现对主开关106的关断与开通，将主储能电容107上的能量通过可饱和变压器108的原边耦合到副边；
所述的高压部分主要由可饱和变压器108、第一储能电容109、第二储能电容110、磁开关114、可调电感115、负载116和快速恢复高压二极管117组成；可饱和变压器108的原边一端与主储能电容107的一端相连，另一端与主开关106的一端相连；可饱和变压器108的副边一端连接在第一储能电容109的一端，可饱和变压器108的副边另一端接在第一储能电容109的另一端；第二储能电容110的一端接在第一储能电容109的一端，第二储能电容110的另一端接在可调电感115的一端，磁开关114的一端接在可调电感115的一端，磁开关114的另一端接在负载116上，快速恢复高压二极管117的一端接在可调电感的一侧，另一端接在可饱和变压器108副边的一端。
本发明多脉宽输出的磁压缩电源工作时，工频交流供电100输入交流电压，通过整流桥101将交流电压整流成直流电压。整流后的直流电压通过充电电阻102给初级电容103充电，一段时间后，初级电容103通过二极管104、电感105、可饱和变压器108的原边给主储能电容器107充电。脉冲发生器111上产生的脉冲信号通过光电转换模块112将电信号转换成光信号，再将光信号转换成电信号，把电信号传输到驱动电路113，控制主开关106的导通，这时主储能电容器107上的能量通过主开关106和可饱和变压器108的原边耦合到变压器的副边，传输过来的能量给第一储能电容109、110并联充电，当第一储能电容109、110被充电到最大值的时候(此时第一储能电容109上的电压极性是上正下负，第二储能电容110上的电压极性是上负下正)，可饱和变压器108刚好达到饱和，这时候可饱和变压器108的电感急剧下降，与可饱和变压器108并联的第一储能电容109构成回路快速的放电，当第一储能电容109极板上的电压极性翻转时(由原来的上正下负变为现在的上负下正)，第一储能电容109、110两端的电压极性相同而电压叠加，使得第二储能电容110和磁开关114之间的电势由原来的“零”电位跃变到约为2倍的第一储能电容109(或者第二储能电容110)两端的电压值，这时候的磁开关115饱和，储能电容器109、110所存储的能量串联起来迅速对负载放电。
放电时间为：
其中：L为可调电感115的电感值，C为第一储能电容109、110的串联电容值。随着可调电感115的电感值发生变化，则放电的时间也跟着变化，影响了脉冲的上升沿，改变了脉冲的宽度，由于可调电感115是非连续变化的，从而实现了多脉宽输出。
快速恢复高压二极管117用于减小负载的预脉冲，同样的快速恢复高压二极管117在第二储能电容110充电时可以起到续流的作用，而且在第一储能电容109、110释放能量到负载时迅速截断，使得这一过程可以等效为最常见的C-L-R串联二阶电路，可以有效地减小负载的脉冲的反峰。
Claims (1)
1.一种多脉宽输出的磁压缩电源，其特征在于，该多脉宽输出的磁压缩电源包括高压和低压两部分组成，低压部分与高压部分通过可饱和变压器直接连接在一起；
所述的低压部分包括主开关(106)和主储能电容(107)，主开关(106)一端接在主储能电容(107)的一端，另一端接在饱和变压器(108)原边的一端；主储能电容(107)的正极性端与电感(105)一端相连，负极性端与可饱和变压器(108)原边的另一端相连；电感(105)另一端接在二极管(104)的阴极端，二极管(104)的阳极端与充电电阻(102)的一端相连，充电电阻(102)的另一端与整流桥(101)相连，初级电容(103)正极性端接在二极管(104)的阳极，初级电容(103)的负极性端接在可饱和变压器(108)原边的一端；主开关(106)通过脉冲发生器(111)、光电转换模块(112)、驱动电路(113)控制；脉冲发生器(111)的一端与光电转换模块(112)的一端连接，光电转换模块(112)的另一端与驱动电路(113)相连，驱动电路(113)的另一端与主开关(106)的一端相连接，实现对主开关(106)的关断与开通，将主储能电容(107)上的能量通过可饱和变压器(108)的原边耦合到副边；
所述的高压部分主要由可饱和变压器(108)、第一储能电容(109)、第二储能电容(110)、磁开关(114)、可调电感(115)、负载(116)和快速恢复高压二极管(117)组成；可饱和变压器(108)的原边一端与主储能电容(107)的一端相连，另一端与主开关(106)的一端相连；可饱和变压器(108)的副边一端连接在第一储能电容(109)的一端，可饱和变压器(108)的副边另一端接在第一储能电容(109)的另一端；第二储能电容(110)的一端接在第一储能电容(109)的一端，第二储能电容(110)的另一端接在可调电感(115)的一端，磁开关(114)的一端接在可调电感(115)的一端，磁开关(114)的另一端接在负载(116)上，快速恢复高压二极管(117)的一端接在可调电感的一侧，另一端接在可饱和变压器(108)副边的一端。
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