一種重復頻率脈沖功率電流源制造技術

本發明專利技術涉及脈沖功率技術領域，尤其涉及一種重復頻率脈沖功率電流源。本發明專利技術提供一種重復頻率脈沖功率電流源，由初級能源-前級DC/DC或AC/DC變換器、中間儲能裝置和脈沖形成拓撲三部分構成。本發明專利技術實現脈沖功率發生和脈沖功率間歇階段初級能源向中間儲能裝置充電電流大小的自動控制；采用功率開關管在低邊的buck拓撲作為功率變換電路,電路簡單易于實現；控制精確，動態響應快；脈沖邊沿陡峭，能實現能量的回饋再生；可改變脈沖功率發生的重復頻率和脈沖寬度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及脈沖功率
，尤其涉及一種重復頻率脈沖功率電流源。
技術介紹
脈沖功率電源是一種在一個相對長的時間內積累能量并將其快速釋放的特殊電源，其目的是提高瞬態功率。脈沖的特征參量包括電壓水平，上升時間等取決于脈沖負載的需求。最初始的脈沖電源是單脈沖的，用于軍事和核工業中產生極高的峰值功率，而重復頻率的脈沖功率的電壓等級較低，卻被廣泛地應用于食品加工、醫學治療、廢水處理、廢氣處理、臭氧制造、發動機點火，離子注入、材料加工等。傳統的Marx發生器，磁脈沖壓縮，脈沖形成網絡等方案存在效率低、靈活性差和結構復雜等缺點。在電力電子技術和功率半導體技術迅速發展的今天，開關變換器被用來制作脈沖功率電源。由于大多數的脈沖功率應用場合具有阻容或感容特性，因此電流源型拓撲可用來提供脈沖功率。目前脈沖電流源常采用的拓撲有:Buck拓撲、Buck和橋式逆變器串聯、同步Buck型拓撲以及Buck-Boost拓撲等。這些buck類衍生拓撲通常通過反饋環路來做電壓調節和過流保護。控制環路的響應時間比輸出負載脈沖邊沿的暫態變化慢得多。因此，功率變換滯后于脈沖邊沿需求并且會在脈沖開始時形成脈沖上升速率慢和脈沖超調，而在脈沖結束時會形成脈沖拖尾。更重要的是，控制環路不能在一個開關周期內響應輸入電壓和輸出電壓的快速變化，無法跟蹤脈沖負載的暫態變化的邊沿。這種情況下，脈沖電流源就無法滿足類似激光栗浦、激光照明等應用場合對脈沖邊沿陡度的要求。
技術實現思路
針對現有技術中存在的缺陷或不足，本專利技術所要解決的技術問題是:提供一種重復頻率脈沖功率電流源，具備中間儲能裝置充電功率的自動控制，脈沖發生拓撲結構簡單，控制精確，動態響應快，脈沖邊沿陡峭，能量回饋再生，可控重復頻率和脈沖寬度等特點。為了實現上述目的，本專利技術采取的技術方案為提供一種重復頻率脈沖功率電流源，包括初級能量變換環節、中間儲能裝置和脈沖形成拓撲，所述初級能量變換環節包括變換器、第一電流檢測電路、電壓電流雙環控制電路、儲能裝置、儲能裝置電壓檢測電路，所述電壓電流雙環控制電路用于控制變換器工作，所述第一電流檢測電路用于給所述電壓電流雙環控制電路提供檢測能量，所述儲能裝置用于接收儲蓄從變換器提供過來的能量，所述儲能裝置電壓檢測電路用于對所述儲能裝置進行電壓檢測； 所述中間儲能裝置包括電容陣、超級電容及蓄電池； 所述脈沖形成拓撲包括低邊buck型變換器、脈沖控制開關、滯環控制電路、第二電流檢測電路和時序控制電路，所述第二電流檢測電路用于對所述滯環控制電路提供檢測能量，所述滯環控制電路控制所述低邊buck型變換器的通斷，所述脈沖控制開關包括串聯的第一脈沖控制開關和第二脈沖控制開關，所述第一脈沖控制開關和所述第二脈沖控制開關由所述時序控制電路控制開通或關斷。作為本專利技術的進一步改進，所述低邊buck型變換器包括主功率變換開關、拓撲電感、續流二極管、負載續流二極管、能量回饋二極管，所述主功率變換開關負責將所述中間儲能裝置的能量通過該開關通斷的方式變換獲得脈沖負載需求的能量形式；所述拓撲電感用于所述主功率變換開關在進行能量變換過程中的能量壓縮；所述續流二極管用于主功率變換開關關斷時給儲能電感提供續流回路；所述負載續流二極管用于為脈沖負載的感性部分提供續流回路，并使得負載獲得較陡的脈沖邊沿；所述能量回饋二極管，是在脈沖發生期間為電感中存儲的剩余能量提供流通路徑，并經過該路徑將能量回饋到儲能裝置中；所述負載續流二極管與所述第一脈沖控制開關和所述第二脈沖控制開關并聯。作為本專利技術的進一步改進，所述第一電流檢測電路或者所述第二電流檢測電路為霍爾電流檢測電路、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。作為本專利技術的進一步改進，所述變換器為AC/DC變換器或DC/DC變換器。作為本專利技術的進一步改進，所述儲能裝置電壓檢測電路為電阻分壓網絡檢測電路或差分比例電壓檢測電路。本專利技術的有益效果是:實現脈沖功率發生和脈沖功率間歇階段初級能源向中間儲能裝置充電電流大小的自動控制；采用功率開關管在低邊的buck拓撲作為功率變換電路，電路簡單易于實現；控制精確，動態響應快；脈沖邊沿陡峭，能實現能量的回饋再生；可改變脈沖功率發生的重復頻率和脈沖寬度。【附圖說明】圖1是本專利技術脈沖電流源系統方案框圖； 圖2是本專利技術脈沖電流源的開關時序圖； 圖3是本專利技術脈沖電流源的電感電流和負載脈沖電流波形圖； 圖4是本專利技術脈沖電流源的脈沖指令、S1、S2和S3的波形圖； 圖5是本專利技術脈沖電流源的脈沖指令、SI負載脈沖電流和電感電流波形圖； 其中數字表示:1、變換器；2、第一檢測電路；3、儲能裝置電壓檢測電路；4、儲能裝置；5、電壓電流雙環控制；6、第二電流檢測電路；7、滯環控制；8、時序控制；9、脈沖負載。【具體實施方式】下面結合【附圖說明】及【具體實施方式】對本專利技術進一步說明。所述滯環控制電路控制所述主功率變換開關的通斷 如圖1所示，本專利技術提供一種重復頻率脈沖功率電流源，包括初級能量變換環節、中間儲能裝置和脈沖形成拓撲，所述初級能量變換環節包括變換器1、第一電流檢測電路2、電壓電流雙環控制電路5、儲能裝置4、儲能裝置電壓檢測電路3，所述電壓電流雙環控制電路5用于控制變換器I工作，所述第一電流檢測電路2用于給所述電壓電流雙環控制電路5提供檢測能量，所述儲能裝置4用于接收儲蓄從變換器I提供過來的能量，所述儲能裝置電壓檢測電路3用于對所述儲能裝置4進行電壓檢測； 如圖1所示，所述中間儲能裝置包括電容陣、超級電容及蓄電池； 如圖1所示，所述脈沖形成拓撲包括低邊buck型變換器、脈沖控制開關、滯環控制電路7、第二電流檢測電路6和時序控制電路8，所述第二電流檢測電路6用于對所述滯環控制電路7提供檢測能量，所述滯環控制電路7控制所述低邊buck型變換器的通斷，所述脈沖控制開關包括串聯的第一脈沖控制開關S2和第二脈沖控制開關S3，所述第一脈沖控制開關S2和所述第二脈沖控制開關S3由所述時序控制電路8控制開通或關斷。滯環控制電路的實現是檢測電感電流，并將之與電感電流的最大、最小設定值進行比較，并結合脈沖指令實現對主功率開關管SI的控制。如圖1所示，所述低邊buck型變換器包括主功率變換開關S1、拓撲電感L、續流二極管Dl、負載續流二極管D3、能量回饋二極管D2，S1為主功率變換開關，S2和S3為脈沖形成控制開關，L為拓撲電感，Dl為續流二極管，D2為能量回饋二極管，D3為負載續流二極管，防止S3關斷時負載連接線的感性特性造成的電壓尖峰。所述主功率變換開關SI負責將所述中間儲能裝置的能量通過該開關通斷的方式變換獲得脈沖負載需求的能量形式；所述拓撲電感L用于所述主功率變換開關SI在進行能量變換過程中的能量壓縮；所述續流二極管Dl用于主功率變換開關SI關斷時給儲能電感提供續流回路；所述負載續流二極管D3用于為脈沖負載9的感性部分提供續流回路，并使得負載獲得較陡的脈沖邊沿；所述能量回饋二極管D2，是在脈沖發生期間為電感中存儲的剩余能量提供流通當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種重復頻率脈沖功率電流源，其特征在于：包括初級能量變換環節、中間儲能裝置和脈沖形成拓撲，所述初級能量變換環節包括變換器、第一電流檢測電路、電壓電流雙環控制電路、儲能裝置、儲能裝置電壓檢測電路，所述電壓電流雙環控制電路用于控制變換器工作，所述第一電流檢測電路用于給所述電壓電流雙環控制電路提供檢測能量，所述儲能裝置用于接收儲蓄從變換器提供過來的能量，所述儲能裝置電壓檢測電路用于對所述儲能裝置進行電壓檢測；所述中間儲能裝置包括電容陣、超級電容及蓄電池；所述脈沖形成拓撲包括低邊buck型變換器、脈沖控制開關、滯環控制電路、第二電流檢測電路和時序控制電路，所述第二電流檢測電路用于對所述滯環控制電路提供檢測能量，所述滯環控制電路控制所述低邊buck型變換器的通斷，所述脈沖控制開關包括串聯的第一脈沖控制開關和第二脈沖控制開關，所述第一脈沖控制開關和所述第二脈沖控制開關由所述時序控制電路控制開通或關斷。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉青，朱洪雨，張東來，王亮，張博溫，
申請(專利權)人：深圳市航天新源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44