适用于脉冲电源磁开关的自动复位装置及方法制造方法及图纸

技术编号:17798176 阅读:63 留言:0更新日期:2018-04-25 21:42
本发明专利技术公开了适用于脉冲电源磁开关的自动复位装置及方法,包括脉冲变压器(T0)、脉冲发生单元,还包括磁压缩单元和磁复位单元,脉冲发生单元与磁压缩单元通脉冲变压器(T0)连接,磁压缩单元与磁复位单元通过磁开关(S0)连接。本发明专利技术旨在利用磁压缩装置中脉冲实际饱和点和脉冲最佳饱和点之间的时间差与磁感应强度变化值的上升特性,基于电压源磁复位的方式通过负反馈调节复位电容电压与复位时间来控制磁开关工作在最佳工作点,以改善脉冲电源的输出特性,提高脉冲电源的效率。

【技术实现步骤摘要】
适用于脉冲电源磁开关的自动复位装置及方法
本专利技术涉及一种适用于脉冲电源磁开关的自动复位装置,属于电力电子
,主要应用于高压脉冲电源中。
技术介绍
高功率磁压缩脉冲电源是利用磁芯饱和后的线圈感值的迅速变化特性,将储存的高密度能量进行快速的压缩、转换或直接释放给负载,适用于对于脉冲电源脉冲宽度要求较高的场合。现有技术中的脉冲功率电源磁压缩技术利用电流磁复位方式,使得磁开关达到磁复位效果,但当磁开关脉冲电源使用环境发生变化时,例如变压器匝比,反应器容值的改变,电源能量传输效率可能会发生急剧下降的情形。近年来,由于脉冲电源的应用场合增加,同时对于脉冲电源的能量转换效率要求提高。
技术实现思路
本专利技术针对磁压缩脉冲电源中能量传输效率问题,提供一种适用于脉冲电源磁开关的自动复位装置。本专利技术另一目的是提供一种适用于脉冲电源磁开关的自动复位方法。本专利技术的具体技术方案如下:一种适用于脉冲电源磁开关的磁复位装置,包括脉冲变压器T0、脉冲发生单元,还包括磁压缩单元和磁复位单元,脉冲发生单元与磁压缩单元通脉冲变压器T0连接,磁压缩单元与磁复位单元通过磁开关S0连接。本专利技术的进一步设计在于:所述磁复位单元包括:磁开关S0的副边、复位开关管Q21,复位电容Cf,放电开关管Q22,放电电感L2和放电电阻R2。脉冲发生器包括:谐振开关管Q11,升压整流单元,箝位二极管Dcl,箝位电阻Rcl,箝位电容Ccl,谐振电容Cc;磁压缩单元包括:高压电容C0、磁开关S0的原边和反应器Z0。所述脉冲变压器T0一次侧连接脉冲发生器,二次侧并联磁压缩单元的高压电容C0,磁开关S0的原边与反应器Z0和高压电容C0依次串联;磁开关S0的副边与复位开关管Q21,放电开关管Q22,放电电感L2和放电电阻R2依次串联,复位电容Cf一端接在复位开关管Q21与放电开关管Q22之间,另一端接在磁开关S0的副边与放电电阻R2之间。还包括采样单元和控制单元,控制单元主要采用DSP(如TMS320F28335PGFA)进行控制,脉冲电流通过采样单元采样后送到控制单元。控制单元设有模数转换单元(如AD7352)。磁压缩单元和磁复位单元分别设有n组,每组磁压缩单元的磁开关一次侧一端经前一级电容接地,另一端连接下一级电容和下一级磁开关,并经所述下一级电容接地;每一级磁压缩单元分别连接一组独立磁复位单元。增加的每级磁压缩单元都需要采样前一级和本级磁开关电流进行比较并形成反馈信号控制每一级磁复位单元,控制方式和实例1相同。基于上述磁复位装置的脉冲电源磁开关的磁复位方法,包括以下步骤:1)初始化参数:复位电容电压UCf,开关管Q21的导通时间T21,ΔTmax,UCfmax各参数,其中UCf,T21初始值可根据脉冲电源磁开关参数确定,ΔTmax根据脉冲电源谐振周期确定,UCfmax可根据实际复位电容耐压值确定。2)采样电路检测变压器二次侧电流ia和磁开关电流ib,经比较单元转化为电平信号Tia、Tib;3)Tia、Tib经控制器底板的模数转换单元后,由控制器判断Tib上升沿时刻与Tia上升沿时刻并分别设定为t21,t11,通过下式计算反馈信号ΔT,其中T为谐振发生器的谐振周期;4)将得到的反馈信号ΔT与ΔTmax比较,当ΔT小于ΔTmax则表示进入下一步负反馈调节;否则,返回步骤2;5)将UCf与UCfmax比较,判断控制方式,当UCf大于UCfmax则进入步骤6a,否则进入步骤6b;6)6a按下式更新复位开关管Q21的导通时间T21,并以更新后的占空比控制复位开关管Q21的导通时间;K1为PI调节参数,可根据实际反馈效果进行确定。T21=T21–K1*ΔT(2)6b;按公式3更新复位电容电压UCf,并以更新后的UCf通过控制器控制放电开关管,调节复位电容的电压;K2为PI调节参数,可根据实际反馈效果进行确定。UCf=UCf–K2*ΔT(3)。7)复重步骤2)至步骤6)。本专利技术相比现有技术具有如下优点:本专利技术针对现有技术中磁开关控制速度慢,电压传输效率低的特点,和磁开关电流与磁开关磁感应强度具有一定时间延迟的问题,提出了一种新型电压源型磁复位方法,使得控制更加快速有效,同时通过磁开关实际饱和点和最佳饱和点之间的时间差来不断修正磁复位电路中复位开关管的导通时间与复位电容电压,当脉冲电源使用环境变化时(例如负载电容、变压器匝比),可以保持较高的电压传输效率,大幅度提高了磁开关型脉冲电源的市场竞争力。本专利技术利用电压源磁复位方式,设计了一种使得磁开关复位更加快速精准的复位电路,且无需额外复位电源。基于此电路,提出一种全新的控制方式和控制流程,通过电压型磁复位的负反馈调节方式,充分考虑成本、系统可靠性和稳定速度等因数,极大的改善了在各种使用环境下磁开关式脉冲电源的工作效率。附图说明图1为实施1自动磁复位脉冲电源拓扑。图2为实施例2电路图。图3为实施例3软件控制流程图。图4为实施例3控制电路工作波形。图5为实施例3复位开关管控制波形。图6为实施例4信号转换流程图。图7为实施例4比较器电路。图8为实施例4硬件控制电路。图9为实施例5控制示意图。图10为实施例6控制示意图。图11为实施例7电路图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。实施例1:本专利技术适用于脉冲电源磁开关的自动磁复位装置,拓扑电路如图1所示,包括脉冲变压器T0、脉冲发生单元,磁压缩单元和磁复位单元。磁复位单元包括:磁开关S0的副边、复位开关管Q21,复位电容Cf,放电开关管Q22,放电电感L2和放电电阻R2。脉冲发生单元(器):谐振开关管Q11,升压整流单元,箝位二极管Dcl,箝位电阻Rcl,箝位电容Ccl,谐振电容Cc;磁压缩单元包括:高压电容C0、磁开关S0的原边和反应器Z0。脉冲变压器T0一次侧连接脉冲发生器,二次侧并联磁压缩单元的高压电容C0,磁开关S0的原边与反应器Z0和高压电容C0依次串联;磁开关S0的副边与复位开关管Q21,放电开关管Q22,放电电感L2和放电电阻R2依次串联,复位电容Cf一端接在复位开关管Q21与放电开关管Q22之间,另一端接在磁开关S0的副边与放电电阻R2之间。脉冲变压器T0一次侧与脉冲发生装置串联,二次侧并联高压电容C0,C0一端连接磁开关S0和反应器Z0,且经另一端构成磁压缩回路。实施例2:本专利技术的磁复位单元还可采用多单元形式。如图2所示,本实例与实施例1的不同之处在于采用多级磁复位方式来实现脉冲宽度的高压缩比,本实例中包含n个(n取2,3,4……)磁压缩单元,及n个磁复位单元,每一组磁开关一次侧一端经前一级电容接地,另一端连接下一级电容和下一级磁开关,并经后一级电容接地。每组磁压缩单元分别设有相应的独立磁复位单元,与实例1相比,增加的每级磁压缩单元都需要采样前一级和本级磁开关电流进行比较并形成反馈信号控制每一级磁复位单元,控制方式和实例1相同。例如,磁开关Sk-1前端连接电容Ck-1,并经Ck-1接地,后端连接后级电容Ck和后级磁开关Sk。采样单元采样磁开关Sk-2、Sk-1电流ik-2、ik-1,并经控制器控制Cfk-2,Cfk-1电容电压和Qk+11,Qn+12的导通时间。增加的每级磁压缩单元都需要采样前一级和本级磁开关电流进行比较并形成反馈信号控制每本文档来自技高网...
适用于脉冲电源磁开关的自动复位装置及方法

【技术保护点】
一种适用于脉冲电源磁开关的磁复位装置,包括脉冲变压器(T0)、脉冲发生单元,其特征是:还包括磁压缩单元和磁复位单元,脉冲发生单元与磁压缩单元通脉冲变压器(T0)连接,磁压缩单元与磁复位单元通过磁开关(S0)连接。

【技术特征摘要】
1.一种适用于脉冲电源磁开关的磁复位装置,包括脉冲变压器(T0)、脉冲发生单元,其特征是:还包括磁压缩单元和磁复位单元,脉冲发生单元与磁压缩单元通脉冲变压器(T0)连接,磁压缩单元与磁复位单元通过磁开关(S0)连接。2.根据权利要求1所述适用于脉冲电源磁开关的磁复位装置,其特征是:所述磁复位单元包括:磁开关S0的副边、复位开关管(Q21),复位电容(Cf),放电开关管(Q22),放电电感(L2)和放电电阻(R2)。3.根据权利要求2所述适用于脉冲电源磁开关的磁复位装置,其特征是:脉冲发生器包括:谐振开关管(Q11),升压整流单元,箝位二极管(Dcl),箝位电阻(Rcl),箝位电容(Ccl),谐振电容(Cc);磁压缩单元包括:高压电容(C0)、磁开关(S0)的原边和反应器(Z0)。4.根据权利要求3所述适用于脉冲电源磁开关的磁复位装置,其特征是:所述脉冲变压器(T0)一次侧连接脉冲发生器,二次侧并联磁压缩单元的高压电容(C0),磁开关(S0)的原边与反应器(Z0)和高压电容(C0)依次串联;磁开关(S0)的副边与复位开关管(Q21),放电开关管(Q22),放电电感(L2)和放电电阻(R2)依次串联,复位电容(Cf)一端接在复位开关管(Q21)与放电开关管(Q22)之间,另一端接在磁开关S0的副边与放电电阻(R2)之间。5.根据权利要求1所述适用于脉冲电源磁开关的磁复位装置,其特征是:还包括采样单元和控制单元,控制单元主要采用DSP进行控制,脉冲电流通过采样单元采样后送到控制单元...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈武凌雁波陈祥刘宇芳汤铭黄艺虞敏
申请(专利权)人:南京国电环保科技有限公司
类型:发明
国别省市:江苏,32

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