一種重復(fù)頻率脈沖功率電流源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種重復(fù)頻率脈沖功率電流源。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖功率電源是一種在一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)積累能量并將其快速釋放的特殊電源，其目的是提高瞬態(tài)功率。脈沖的特征參量包括電壓水平，上升時(shí)間等取決于脈沖負(fù)載的需求。最初始的脈沖電源是單脈沖的，用于軍事和核工業(yè)中產(chǎn)生極高的峰值功率，而重復(fù)頻率的脈沖功率的電壓等級(jí)較低，卻被廣泛地應(yīng)用于食品加工、醫(yī)學(xué)治療、廢水處理、廢氣處理、臭氧制造、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，離子注入、材料加工等。
[0003]傳統(tǒng)的Marx發(fā)生器，磁脈沖壓縮，脈沖形成網(wǎng)絡(luò)等方案存在效率低、靈活性差和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)。在電力電子技術(shù)和功率半導(dǎo)體技術(shù)迅速發(fā)展的今天，開(kāi)關(guān)變換器被用來(lái)制作脈沖功率電源。由于大多數(shù)的脈沖功率應(yīng)用場(chǎng)合具有阻容或感容特性，因此電流源型拓?fù)淇捎脕?lái)提供脈沖功率。
[0004]目前脈沖電流源常采用的拓?fù)溆?Buck拓?fù)?、Buck和橋式逆變器串聯(lián)、同步Buck型拓?fù)湟约癇uck-Boost拓?fù)涞?。這些buck類衍生拓?fù)渫ǔＭㄟ^(guò)反饋環(huán)路來(lái)做電壓調(diào)節(jié)和過(guò)流保護(hù)?？刂骗h(huán)路的響應(yīng)時(shí)間比輸出負(fù)載脈沖邊沿的暫態(tài)變化慢得多。因此，功率變換滯后于脈沖邊沿需求并且會(huì)在脈沖開(kāi)始時(shí)形成脈沖上升速率慢和脈沖超調(diào)，而在脈沖結(jié)束時(shí)會(huì)形成脈沖拖尾。更重要的是，控制環(huán)路不能在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)響應(yīng)輸入電壓和輸出電壓的快速變化，無(wú)法跟蹤脈沖負(fù)載的暫態(tài)變化的邊沿。這種情況下，脈沖電流源就無(wú)法滿足類似激光栗浦、激光照明等應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)脈沖邊沿陡度的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種重復(fù)頻率脈沖功率電流源，具備中間儲(chǔ)能裝置充電功率的自動(dòng)控制，脈沖發(fā)生拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制精確，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，脈沖邊沿陡峭，能量回饋再生，可控重復(fù)頻率和脈沖寬度等特點(diǎn)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為提供一種重復(fù)頻率脈沖功率電流源，包括初級(jí)能量變換環(huán)節(jié)、中間儲(chǔ)能裝置和脈沖形成拓?fù)洌龀跫?jí)能量變換環(huán)節(jié)包括變換器、第一電流檢測(cè)電路、電壓電流雙環(huán)控制電路、儲(chǔ)能裝置、儲(chǔ)能裝置電壓檢測(cè)電路，所述電壓電流雙環(huán)控制電路用于控制變換器工作，所述第一電流檢測(cè)電路用于給所述電壓電流雙環(huán)控制電路提供檢測(cè)能量，所述儲(chǔ)能裝置用于接收儲(chǔ)蓄從變換器提供過(guò)來(lái)的能量，所述儲(chǔ)能裝置電壓檢測(cè)電路用于對(duì)所述儲(chǔ)能裝置進(jìn)行電壓檢測(cè)；
所述中間儲(chǔ)能裝置包括電容陣、超級(jí)電容及蓄電池；
所述脈沖形成拓?fù)浒ǖ瓦卋uck型變換器、脈沖控制開(kāi)關(guān)、滯環(huán)控制電路、第二電流檢測(cè)電路和時(shí)序控制電路，所述第二電流檢測(cè)電路用于對(duì)所述滯環(huán)控制電路提供檢測(cè)能量，所述滯環(huán)控制電路控制所述低邊buck型變換器的通斷，所述脈沖控制開(kāi)關(guān)包括串聯(lián)的第一脈沖控制開(kāi)關(guān)和第二脈沖控制開(kāi)關(guān)，所述第一脈沖控制開(kāi)關(guān)和所述第二脈沖控制開(kāi)關(guān)由所述時(shí)序控制電路控制開(kāi)通或關(guān)斷。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述低邊buck型變換器包括主功率變換開(kāi)關(guān)、拓?fù)潆姼?、續(xù)流二極管、負(fù)載續(xù)流二極管、能量回饋二極管，所述主功率變換開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)將所述中間儲(chǔ)能裝置的能量通過(guò)該開(kāi)關(guān)通斷的方式變換獲得脈沖負(fù)載需求的能量形式；所述拓?fù)潆姼杏糜谒鲋鞴β首儞Q開(kāi)關(guān)在進(jìn)行能量變換過(guò)程中的能量壓縮；所述續(xù)流二極管用于主功率變換開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)給儲(chǔ)能電感提供續(xù)流回路；所述負(fù)載續(xù)流二極管用于為脈沖負(fù)載的感性部分提供續(xù)流回路，并使得負(fù)載獲得較陡的脈沖邊沿；所述能量回饋二極管，是在脈沖發(fā)生期間為電感中存儲(chǔ)的剩余能量提供流通路徑，并經(jīng)過(guò)該路徑將能量回饋到儲(chǔ)能裝置中；所述負(fù)載續(xù)流二極管與所述第一脈沖控制開(kāi)關(guān)和所述第二脈沖控制開(kāi)關(guān)并聯(lián)。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一電流檢測(cè)電路或者所述第二電流檢測(cè)電路為霍爾電流檢測(cè)電路、采樣電阻加儀表放大器的采樣電路、采樣電阻加電流鏡的采樣電路。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述變換器為AC/DC變換器或DC/DC變換器。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述儲(chǔ)能裝置電壓檢測(cè)電路為電阻分壓網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)電路或差分比例電壓檢測(cè)電路。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:實(shí)現(xiàn)脈沖功率發(fā)生和脈沖功率間歇階段初級(jí)能源向中間儲(chǔ)能裝置充電電流大小的自動(dòng)控制；采用功率開(kāi)關(guān)管在低邊的buck拓?fù)渥鳛楣β首儞Q電路，電路簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)；控制精確，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；脈沖邊沿陡峭，能實(shí)現(xiàn)能量的回饋再生；可改變脈沖功率發(fā)生的重復(fù)頻率和脈沖寬度。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明脈沖電流源系統(tǒng)方案框圖；
圖2是本發(fā)明脈沖電流源的開(kāi)關(guān)時(shí)序圖；
圖3是本發(fā)明脈沖電流源的電感電流和負(fù)載脈沖電流波形圖；
圖4是本發(fā)明脈沖電流源的脈沖指令、S1、S2和S3的波形圖；
圖5是本發(fā)明脈沖電流源的脈沖指令、SI負(fù)載脈沖電流和電感電流波形圖；
其中數(shù)字表示:1、變換器；2、第一檢測(cè)電路；3、儲(chǔ)能裝置電壓檢測(cè)電路；4、儲(chǔ)能裝置；5、電壓電流雙環(huán)控制；6、第二電流檢測(cè)電路；7、滯環(huán)控制；8、時(shí)序控制；9、脈沖負(fù)載。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合【附圖說(shuō)明】及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014]所述滯環(huán)控制電路控制所述主功率變換開(kāi)關(guān)的通斷
如圖1所示，本發(fā)明提供一種重復(fù)頻率脈沖功率電流源，包括初級(jí)能量變換環(huán)節(jié)、中間儲(chǔ)能裝置和脈沖形成拓?fù)?，所述初?jí)能量變換環(huán)節(jié)包括變換器1、第一電流檢測(cè)電路2、電壓電流雙環(huán)控制電路5、儲(chǔ)能裝置4、儲(chǔ)能裝置電壓檢測(cè)電路3，所述電壓電流雙環(huán)控制電路5用于控制變換器I工作，所述第一電流檢測(cè)電路2用于給所述電壓電流雙環(huán)控制電路5提供檢測(cè)能量，所述儲(chǔ)能裝置4用于接收儲(chǔ)蓄從變換器I提供過(guò)來(lái)的能量，所述儲(chǔ)能裝置電壓檢測(cè)電路3用于對(duì)所述儲(chǔ)能裝置4進(jìn)行電壓檢測(cè)；
如圖1所示，所述中間儲(chǔ)能裝置包括電容陣、超級(jí)電容及蓄電池；
如圖1所示，所述脈沖形成拓?fù)浒ǖ瓦卋uck型變換器、脈沖控制開(kāi)關(guān)、滯環(huán)控制電路7、第二電流檢測(cè)電路6和時(shí)序控制電路8，所述第二電流檢測(cè)電路6用于對(duì)所述滯環(huán)控制電路7提供檢測(cè)能量，所述滯環(huán)控制電路7控制所述低邊buck型變換器的通斷，所述脈沖控制開(kāi)關(guān)包括串聯(lián)的第一脈沖控制開(kāi)關(guān)S2和第二脈沖控制開(kāi)關(guān)S3，所述第一脈沖控制開(kāi)關(guān)S2和所述第二脈沖控制開(kāi)關(guān)S3由所述時(shí)序控制電路8控制開(kāi)通或關(guān)斷。滯環(huán)控制電路的實(shí)現(xiàn)是檢測(cè)電感電流，并將之與電感電流的最大、最小設(shè)定值進(jìn)行比較，并結(jié)合脈沖指令實(shí)現(xiàn)對(duì)主功率開(kāi)關(guān)管SI的控制。
[0015]如圖1所示，所述低邊buck型變換器包括主功率變換開(kāi)關(guān)S1、拓?fù)潆姼蠰、續(xù)流二極管Dl、負(fù)載續(xù)流二極管D3、能量回饋二極管D2，S1為主功率變換開(kāi)關(guān)，S2和S3為脈沖形成控制開(kāi)關(guān)，L為拓?fù)潆姼?，Dl為續(xù)流二極管，D2為能量回饋二極管，D3為負(fù)載續(xù)流二極管，防止S3關(guān)斷時(shí)負(fù)載連接線的感性特性造成的電壓尖峰。
[0016]所述主功率變換開(kāi)關(guān)SI負(fù)責(zé)將所述中間儲(chǔ)能裝置的能量通過(guò)該開(kāi)關(guān)通斷的方式變換獲得脈沖負(fù)載需求的能量形式；所述拓?fù)潆姼蠰用于所述主功率變換開(kāi)關(guān)SI在進(jìn)行能量變換過(guò)程中的能量壓縮；所述續(xù)流二極管Dl用于主功率變換開(kāi)關(guān)SI關(guān)斷時(shí)給儲(chǔ)能電感提供續(xù)流回路；所述負(fù)載續(xù)流二極管D3用于為脈沖負(fù)載9的感性部分提供續(xù)流回路，并使得負(fù)載獲得較陡的脈沖邊沿；所述能量回饋二極管D2，是在脈沖發(fā)生期間為電感中存儲(chǔ)的剩余能量提供流通