[发明专利]一种高压大功率重复脉冲功率电源

说明书

技术领域

本发明属于脉冲功率技术，具体涉及脉冲功率技术中适用于感性负载的高压大功率重复脉冲功率系统的电源，特别涉及重复脉冲功率系统的电源的拓扑结构。

背景技术

重复脉冲功率技术在科学研究和国防军工中都有着重要应用，是脉冲功率技术发展的重要方向。产生重复脉冲功率需要配套的高压大功率重复脉冲功率电源，而且该电源的重复频率、容量、脉宽和可靠性等方面都需要达到一定的要求。

重复脉冲功率电源的负载主要分为阻性负载、容性负载和感性负载三类。其中感性负载型重复脉冲功率技术的负载电流大、时间常数大，可用于产生脉冲强磁场等领域。本发明主要针对感性负载型重复脉冲功率电源。

目前用于感性负载的重复脉冲功率电源多数采用电容储能。文献“30TRepeating Pulsed Field System for Neutron Diffraction”(IEEE Transactions on Applied Superconductivity，2000，10(1)：534-537)中提出的电路拓扑方案为目前使用的主流方案。其实施方案大致为：首先通过充电电源对电容充电到额定电压，然后通过晶闸管使电容对感性负载(磁体)放电，为了实现和提高重复频率，在续流回路中串联一个大续流电感，磁体完成一个脉冲放电后其剩余的磁场能量会转移到大续流电感中，该大电感继而又与储能电容发生震荡，从而最终使磁体中剩余的磁场能量回馈到储能电容中。

此方法主要有以下两个不足：储能电容要与大电感发生震荡，使电容上的反向电压接近正向电压，而在高压大功率脉冲功率电路中常用的单极性脉冲储能电容不宜承受过高的反压，过高的反压对其寿命、能量密度和安全性等都提出了苛刻的要求，双极性储能电容的成本比一般的单极性脉冲储能电容高许多，由于电源整体造价主要取决于电容，这样就提高了整个电源系统的成本；并且，电容放电时高频谐振充电电源必须断开以避免其高频整流桥流过大电流，限制了重复频率的提高。

发明内容

为了克服现有电感负载型重复脉冲功率技术中单极性储能电容反压高、寿命低，系统重复频率受限的缺点，本发明提供了一种新型高压大功率重复脉冲功率电源。

本发明提供的一种高压大功率重复脉冲功率电源，其特征在于，该电源至少包括充电电源、储能电容组、残压处理支路和能量回馈支路；

其中，储能电容组包括串联连接的主电容C1和副电容C2，两者的电容值相同，极性方向相反；能量回馈支路与储能电容组并联连接，并且只允许流经该支路的电流流向副电容C2的负极；残压处理支路并联在副电容C2的两端，或以谐振的方式将副电容C2两端的电压反向，或通过电阻泄能完全消除副电容C2上的残压；充电电源并联在主电容C1两端，充电电源只对主电容C1正向充电。

本技术方案主要有以下技术特点：(1)采用双电容串联储能放电的形式，可以使整个工作过程中主电容上无反压，副电容上无反压或只承受10％以下的反压，从而提高了单极性电容的可靠性和工作寿命，降低整个电源系统的造价；(2)通过采用能量回馈支路和残压处理支路，可以实现负载储能的回收，回收率可达负载电流最大时负载储能的90％以上，减少了下一个工作周期所需要的充电能量；(3)由于采用双电容串联工作模式，可以采用高频谐振充电电源，有利于提高系统的重复频率。总之，本发明是一种新型的基于双电容放电、谐振方式能量回馈、储能电容残压处理的紧凑型重复脉冲功率电源。

附图说明

图1是本发明的技术原理框图。

图2是基于晶闸管回馈能量和电阻处理残压的电路原理图。

图3是基于二级管回馈能量和电感处理残压的电路原理图。

具体实施方式

本发明解决其技术问题采取的方案如下：

如图1所示，本发明提供的重复脉冲功率电源包括充电电源1、储能电容组、残压处理支路2和能量回馈支路3，其中，储能电容组包括主电容C1和副电容C2，两者的电容值相同，串联连接，极性方向相反。

能量回馈支路3与储能电容组并联连接，并且能量回馈支路3只允许流经该支路的电流流向副电容C2的负极；残压处理支路2并联在副电容C2的两端，用于将放电结束后的残压进行处理，具体而言，或以谐振的方式将副电容C2两端的电压反向，或通过电阻泄能完全消除副电容C2上的残压，等等。充电电源1并联在主电容C1两端，可采用高频谐振充电电源。

开关保护支路4和感性负载5串联连接后与储能电容组并联。