專利名稱：大功率高精度脈沖電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種大功率高精度脈沖電源。
背景技術(shù)：
目前一般大功率脈沖電源是通過LC諧振輸出，電路調(diào)整復(fù)雜，而且脈沖輸出波形很難根據(jù)實際需要進(jìn)行調(diào)整。
發(fā)明的內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用簡單的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制原理，提供一種大功率高精度脈沖電源，從而實現(xiàn)大功率高精度脈沖電流輸出，輸出脈沖可根據(jù)工作需要達(dá)到任意調(diào)整的目的。
本實用新型的目的可通過以下措施來實現(xiàn)一種大功率高精度脈沖電源，是由整流變壓器、三相整流橋、LC儲能電路、IGBT功率模塊、過壓保護(hù)電路、負(fù)載、驅(qū)動器、高速調(diào)節(jié)器組成。電網(wǎng)通過整流變壓器和三相整流橋與LC儲能電路連接。LC儲能電路C1的正極經(jīng)保護(hù)電路輸出到負(fù)載，C1的負(fù)端連接均流電阻R1和R2及V1和V2兩只并聯(lián)IGBT功率模塊，功率模塊的正端經(jīng)過壓保護(hù)電路，然后通過直流電流傳感器DCCT輸出至負(fù)載；高速調(diào)節(jié)器及推挽式的晶體管功率驅(qū)動器經(jīng)兩只平衡電阻R4和R5連接到IGBT模塊V1和V2的柵極。
并聯(lián)V1、V2采用的是兩只1200A/3300V的IGBT大功率管，R1、R2的阻值＜40微歐。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、主回路結(jié)構(gòu)簡清晰。電流控制調(diào)節(jié)簡單。
2、改變了傳統(tǒng)的IGBT開關(guān)工作模式。在傳統(tǒng)的電源中，IGBT作為開關(guān)功率器件而廣泛應(yīng)用。在本電源中有效地利用了IGBT的線性區(qū)，控制電流輸出。
3、IGBT線性控制可以根據(jù)要求實現(xiàn)快脈沖電流輸出。
4、簡單而又可靠的過壓保護(hù)方式可以保護(hù)IGBT的安全工作，過壓保護(hù)采用快速可控硅，通過無源器件直接檢測電源輸出電壓，超過設(shè)定值時可控制自動導(dǎo)通，這種保護(hù)方式即便在系統(tǒng)失電的情況下，也能有效地保護(hù)電源的安全。
5、簡單的電容儲能方式可以保證電源在大功率脈沖輸出時不造成對電網(wǎng)的沖擊，大容量的電容可以保證電源快脈沖輸出所需要的能量，同時，電網(wǎng)通過變壓器及整流橋不斷地給電容補充能量。電感L1可以保證補充能量時電網(wǎng)電流的恒定。有效地降低了脈沖電源對電網(wǎng)的干擾。
6、電源動態(tài)響應(yīng)速度快。IGBT功率模塊本身就是一種快速的功率器件，所以才被廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源，其開通和關(guān)斷時間都在1微秒左右，所以作為現(xiàn)性的脈沖電源，響應(yīng)速度是非?？斓?。
7、工作可靠性高。因為電路結(jié)構(gòu)簡單，同時，IGBT又工作在線性區(qū)，大大降低了對功率器件的電流電壓沖擊，提高了電源的可靠性。
8、電流輸出精度高。高速調(diào)節(jié)器及推挽式的晶體管功率驅(qū)動器及高速的大功率IGBT保證了電源的高精度輸出。
9、電磁兼容性好。由于IGBT的現(xiàn)性工作，完全消除了普通IGBT開關(guān)電源電磁干擾。
10、增加前級整流變壓器和整流橋的容量后，電源可以實現(xiàn)高精度寬范圍的大直流電流輸出。


圖1為本實用新型電路示意圖具體實施方式
電網(wǎng)A、B、C為三相380伏交流輸入，經(jīng)過整流變壓器1及整流橋2與LC儲能電路3連接，L主要用來保證整流橋輸出電流的連續(xù)穩(wěn)定，C1主要用來儲存電能，以保證脈沖電流與輸出需要的能量。LC儲能電路C1的正極經(jīng)過壓保護(hù)電路5輸出到負(fù)載6，負(fù)端6連接均流電阻R1和R2及V1和V2兩只大功率的IGBT模塊4。R1和R2其阻值小于40微歐，保證IGBT功率模塊4在并聯(lián)線性的輸出的平衡。IGBT功率模塊4的正端經(jīng)過壓保護(hù)單元5，然后通過直流電流傳感器DCCT輸出至負(fù)載6；高速調(diào)節(jié)器8及推挽式的晶體管功率驅(qū)動器7經(jīng)兩只平衡電阻R4和R5連接到IGBT模塊V1和V2的柵極。
電源給定端一個快脈沖電流波形，同時通過DCCT檢測電源的輸出電流，并把電流值反饋到高速調(diào)節(jié)器8，通過高速調(diào)節(jié)器8進(jìn)行運算調(diào)節(jié)，然后將信號送到高速線性驅(qū)動器7，線性驅(qū)動器7將信號進(jìn)行功率放大后輸出去驅(qū)動V1和V2兩只IGBT大功率管。
IGBT線性控制可以根據(jù)要求實現(xiàn)快脈沖電流輸出。IGBT可以承受短時間的過流，但是超過標(biāo)稱值的尖峰電壓立即會損壞IGBT，由于負(fù)載為感性時，在脈沖下降或者在脈沖過程中的失控，可能會產(chǎn)生很高的尖峰電壓，所以輸出嵌壓及快速能量泄放環(huán)節(jié)非常重要。在電源正常運行中，一般采用兩只1200A/3300V的IGBT并聯(lián)工作，該電源可以輸出0-3300A的脈沖電流，脈沖寬度為3ms，脈沖頻率為30Hz。其中脈沖上升時間為2.5，平頂時間小于0.5ms，下降時間小于0.1ms，脈沖下降的線性跟蹤誤差好于2％。在電流下降段，電源輸出端電壓為-1600V(對L＝15μH的感性負(fù)載)。
在實驗電源中，高速線性驅(qū)動器的輸出功率為250W，以保證高速線性驅(qū)動器的輸出功率，以驅(qū)動IGBT大功率模塊可靠運行。
權(quán)利要求1.一種大功率高精度脈沖電源，是由整流變壓器(1)、三相整流橋(2)、LC儲能電路(3)、IGBT功率模塊(4)、過壓保護(hù)電路(5)、負(fù)載(6)、驅(qū)動器(7)、高速調(diào)節(jié)器(8)組成。電網(wǎng)通過整流變壓器(1)和三相整流橋(2)與LC儲能電路(3)連接。其特征在于LC儲能電路(3)C1的正極經(jīng)過壓保護(hù)電路(5)輸出到負(fù)載(6)，C1的負(fù)端連接均流電阻R1和R2及V1和V2兩只并聯(lián)IGBT功率模塊(4)，功率模塊(4)的正端經(jīng)過壓保護(hù)電路(5)，然后通過直流電流傳感器DCCT輸出至負(fù)載(6)；高速調(diào)節(jié)器(8)及推挽式的晶體管功率驅(qū)動器(7)經(jīng)兩只平衡電阻R4和R5連接到IGBT模塊V1和V2的柵極。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種大功率高精度脈沖電源，其特征在于V1、V2采用的是兩只1200A/3300V的IGBT功率管，R1、R2的阻值＜40微歐。
專利摘要本實用新型公開一種大功率高精度脈沖電源，是將主電路的結(jié)構(gòu)和IGBT線性控制方式結(jié)合起，將大電流耐高壓的開關(guān)功率器件應(yīng)用在線性工作區(qū)。這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)大電流高電壓的脈沖工作模式，可以實現(xiàn)高速大中流脈沖輸出，可以實現(xiàn)脈沖輸出波形的調(diào)整。本實用新型有良好的線性跟蹤特性，也可用于高精度寬范圍電流輸出。其具有控制簡單，不容易振蕩、電磁兼容性好、電源動態(tài)響應(yīng)速度快，工作可靠性高等優(yōu)點。
文檔編號H03K3/00GK2622933SQ0321897
公開日2004年6月30日 申請日期2003年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月29日
發(fā)明者周忠祖, 魏殿忠, 高大慶, 夏佳文, 高亞林 申請人:中國科學(xué)院近代物理研究所