脉冲功率系统用LC谐振充电和回收电路及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及脉冲功率系统应用技术领域，公开了一种脉冲功率系统用LC谐振充电和回收电路及其工作方法。本发明专利技术中的脉冲功率系统用LC谐振充电和回收电路让LC谐振充电方案具有升压和降压工作能力，脉冲功率系统用LC谐振充电和回收电路的工作方法不仅可让LC谐振充电方案能够根据预设参数准确充电和放电，还增强了对供电电压波动和电感感量变化的适应能力；本发明专利技术在电路结构和工作方法上对传统LC谐振充电方案进行改进，不仅完善了功能使其更便于使用，还使其具有更小的体积和重量，充分发挥出LC谐振充电方案的电路结构简单、电能效率高、高重频时体积小等优点，有利于脉冲功率系统的小型化。

LC Resonant Charging and Recycling Circuit for Pulse Power System and Its Working Method

【技术实现步骤摘要】
脉冲功率系统用LC谐振充电和回收电路及其工作方法
本专利技术涉及脉冲功率系统应用
，特别是涉及一种脉冲功率系统用LC谐振充电和回收电路及其工作方法。
技术介绍
高频谐振恒流充电方案具有输入电压适应性好、电气隔离、充电精度高和充电电压调节方便等优点，逐渐取代了早期用于脉冲功率系统中储能电容充电的LC谐振充电方案。随着技术的发展，脉冲功率系统向着高重复频率和小型化的方向发展，这种场合下的恒流充电方案的一些瓶颈问题也逐渐凸显出来：恒流充电方案的系统体积和重量与自身平均功率和开关频率有关，为了保持高重复频率时的充电精度和满足系统小型化的要求，恒流充电电源的开关频率需进一步提高，但其电能效率也将进一步降低且存在散热困难等问题；LC谐振充电方案具有电路结构简单、电能效率高、散热需求小和系统尺寸与重量随重复频率的提高而明显减小的特点，但现有的LC谐振充电方案具有的输入电压适应性差、充电一致性较差、调压不方便和晶闸管触发电路被干扰会导致系统损坏等严重不足限制了其特殊优点的应用。现有的LC谐振充电方案如图1所示，在电路结构方面，三相供电时为了稳定供电电压和抑制电流谐波，供电电路中需要大容量的滤波电容、滤波电抗器和软启动电路等，抵消了LC谐振充电方案结构简单对应的小体积优势，即在小型化方面存在不足；另外，在工作方法方面，现有的LC谐振充电的改进方案中通过在能量回收过程结束前提前开通充电开关S1的方式以实现升压和调压功能，不具备降压工作能力，且充电过程与回收过程存在耦合，使得控制电路的控制效果对供电稳定性、加速器电气参数与工作状态、检测与控制的响应速度和精度均具有较强的依赖性，在抗干扰性、容错性和通用性方面存在不足。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种改进的脉冲功率系统用LC谐振充电和回收电路及其工作方法。本专利技术采用的技术方案是：一种脉冲功率系统用LC谐振充电和回收电路，包括供电电路、充电和回收电路、加速器电路以及控制电路；所述的供电电路通过第一连接点P1和第二连接点P2与充电和回收电路电连接；所述的充电和回收电路通过第三连接点P3和第四连接点P4与加速器电路电连接；所述的供电电路中包括输入整流桥；所述的输入整流桥的输出正极连接第一连接点P1，其输出负极连接第二连接点P2；在电网供电时，输入整流桥的三个交流输入端分别连接三相电网的a、b和c三相；在电池供电时，输入整流桥的任意两个输入端分别连接电池的正极和负极；所述的加速器电路包括储能电容C1、晶闸管S3和变压器T；所述的储能电容C1的两端分别与第三连接点P3和第四连接点P4电连接；所述的变压器T的一端通过晶闸管S3与第四连接点P3电连接，其另一端与第四连接点电P4连接。作为优选，所述的充电和回收电路包括保险管F1、充电开关S1、续流二极管D1、充电电感L1、回收二极管D2、回收复用电感L12、升压开关S2和防反二极管D3；所述的保险管F1的一端电连接第一连接点P1，其另一端电连接充电开关S1的一端；所述的充电开关S1的一端电连接保险管F1的一端，其另一端电连接续流二极管D1的阴极和充电电感L1的一端；所述的续流二极管D1的阳极电连接第二连接点P2，其阴极电连接充电开关S1和充电电感L1的一端；所述的充电电感L1的一端电连接续流二极管D1的阴极和充电开关S1的一端，其另一端电连接回收二极管D2的阴极和回收复用电感L12的一端；所述的回收二极管D2的阳极电连接第二连接点P2，其阴极电连接充电电感L1的一端和回收复用电感L12的一端；所述的回收复用电感L12的一端电连接回收二极管D2的阴极和充电电感L1的一端，其另一端电连接升压开关S2的正极和防反二极管D3的阳极；所述的升压开关S2的正极电连接回收复用电感L12的一端和防反二极管D3的阳极，其负极电连接第二连接点P2；所述的防反二极管D3的阳极电连接升压开关S2的正极和回收复用电感L12的一端，其阴极电连接第三连接点P3；第四连接点P4与第二连接点P2电连接。作为优选，所述的控制电路包括控制器，还包括与控制器电连接的驱动电路、电压采样电路1、电压采样电路2和电流采样电路；所述的控制器通过驱动电路分别与加速器电路中的晶闸管S3的受控端、充电和回收电路中的充电开关S1的受控端和升压开关S2的受控端电连接；所述的电压采样电路1的正极与第一连接点P1电连接，其负极与第二连接点P2电连接，电压采样电路1的输出端与控制器的AD1端口电连接；所述的电压采样电路2的正极与第三连接点P3电连接，其负极与第二连接点P4电连接，电压采样电路2的输出端与控制器的AD2端口电连接；所述的电流采样电路的取样端取自第二连接点P2的线路电流，其输出端与控制器的AD3端口电连接；所述的控制器通过COM端口与上位机通信连接。作为优选，所述的控制器包括通信模块、重复运行模块、放电时序模块、充电算法和时序控制模块以及保护模块；所述的通信模块用于实现控制器与上位机之间的信息交互；所述的重复运行模块用于以重复频率状态输出触发信号1并计数；所述的充电算法和时序控制模块在触发信号1到来时计算出充电开关S1和升压开关S2的工作时间，按照时序执行对充电开关S1和升压开关S2的控制并计时，当计时时间达到预设的充电时间后输出触发信号2；所述的放电时序模块在触发信号2到来时进行计时，当计时时间达到预设的触发延时时间后输出放电开关信号对晶闸管S3进行控制；所述的保护模块用于根据电压采样电路2反馈的储能电容C1的电压、电压采样电路1反馈的供电电压、电流采样电路反馈的供电电流、预设充电电压、放电开关信号及充电开关信号综合判断产生用于故障停机的停止触发2信号。上述脉冲功率系统用LC谐振充电和回收电路的工作方法，所述的控制器与上位机通信连接，包括以下步骤：S1.控制器实时获取并向上位机发送供电电压、供电电流、储能电容C1电压和控制电路运行状态；S2.控制器获取来自上位机的预设充电时间、预设触发延迟、预设充电电压、预设重复频率及预设脉冲个数并存储，并实时获取来自上位机的单次充电指令、单次放电指令、重频运行指令或停止运行指令；S3.控制器获取到单次充电指令后，发送信号至充电和回收电路中的充电开关S1和升压开关S2的受控端，然后完成单次充电操作；S4.控制器获取到单次放电指令后，发送信号至加速器电路中的晶闸管S3的受控端，然后完成单次放电操作；S5.控制器获取到重频运行指令后，控制器根据预设重复频率及预设脉冲个数运行，并按照预设时序发送信号至加速器电路中的晶闸管S3的受控端、充电和回收电路中的充电开关S1和升压开关S2的受控端，直至控制器的脉冲计数数值小于预设脉冲个数后，则完成本次重频运行操作；S6.控制器获取到停止运行指令后，控制器关闭所有的输出的状态，同时关闭发送至充电和回收电路以及加速器电路的控制信号，完成停机操作；S7.控制器的保护模块实时运行，当检测到故障后输出停止触发信号后，进行步骤S6。作为优选，所述的步骤S3中，完成单次充电操作的步骤如下：S301.控制器在供电电压和储能电容C1的电压初始值的条件下，根据准谐振能将储能电容C1充到的最高电压与上位机发送的预设充电电压进行比较，当储能电容C1能充到的最高电压高于预设充电电压时，确定本次充电处于降压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脉冲功率系统用LC谐振充电和回收电路，其特征在于：包括供电电路、充电和回收电路、加速器电路以及控制电路；所述的供电电路通过第一连接点P1和第二连接点P2与充电和回收电路电连接；所述的充电和回收电路通过第三连接点P3和第四连接点P4与加速器电路电连接；所述的供电电路中包括输入整流桥；所述的输入整流桥的输出正极连接第一连接点P1，其输出负极连接第二连接点P2；在电网供电时，输入整流桥的三个交流输入端分别连接三相电网的a、b和c三相；在电池供电时，输入整流桥的任意两个输入端分别连接电池的正极和负极；所述的加速器电路包括储能电容C1、晶闸管S3和变压器T；所述的储能电容C1的两端分别与第三连接点P3和第四连接点P4电连接；所述的变压器T的一端通过晶闸管S3与第四连接点P3电连接，其另一端与第四连接点电P4连接。

【技术特征摘要】
1.一种脉冲功率系统用LC谐振充电和回收电路，其特征在于：包括供电电路、充电和回收电路、加速器电路以及控制电路；所述的供电电路通过第一连接点P1和第二连接点P2与充电和回收电路电连接；所述的充电和回收电路通过第三连接点P3和第四连接点P4与加速器电路电连接；所述的供电电路中包括输入整流桥；所述的输入整流桥的输出正极连接第一连接点P1，其输出负极连接第二连接点P2；在电网供电时，输入整流桥的三个交流输入端分别连接三相电网的a、b和c三相；在电池供电时，输入整流桥的任意两个输入端分别连接电池的正极和负极；所述的加速器电路包括储能电容C1、晶闸管S3和变压器T；所述的储能电容C1的两端分别与第三连接点P3和第四连接点P4电连接；所述的变压器T的一端通过晶闸管S3与第四连接点P3电连接，其另一端与第四连接点电P4连接。2.根据权利要求1所述的脉冲功率系统用LC谐振充电和回收电路，其特征在于：所述的充电和回收电路包括保险管F1、充电开关S1、续流二极管D1、充电电感L1、回收二极管D2、回收复用电感L12、升压开关S2和防反二极管D3；所述的保险管F1的一端电连接第一连接点P1，其另一端电连接充电开关S1的一端；所述的充电开关S1的一端电连接保险管F1的一端，其另一端电连接续流二极管D1的阴极和充电电感L1的一端；所述的续流二极管D1的阳极电连接第二连接点P2，其阴极电连接充电开关S1和充电电感L1的一端；所述的充电电感L1的一端电连接续流二极管D1的阴极和充电开关S1的一端，其另一端电连接回收二极管D2的阴极和回收复用电感L12的一端；所述的回收二极管D2的阳极电连接第二连接点P2，其阴极电连接充电电感L1的一端和回收复用电感L12的一端；所述的回收复用电感L12的一端电连接回收二极管D2的阴极和充电电感L1的一端，其另一端电连接升压开关S2的正极和防反二极管D3的阳极；所述的升压开关S2的正极电连接回收复用电感L12的一端和防反二极管D3的阳极，其负极电连接第二连接点P2；所述的防反二极管D3的阳极电连接升压开关S2的正极和回收复用电感L12的一端，其阴极电连接第三连接点P3；第四连接点P4与第二连接点P2电连接。3.根据权利要求2所述的脉冲功率系统用LC谐振充电和回收电路，其特征在于：所述的控制电路包括控制器，还包括与控制器电连接的驱动电路、电压采样电路1、电压采样电路2和电流采样电路；所述的控制器通过驱动电路分别与加速器电路中的晶闸管S3的受控端、充电和回收电路中的充电开关S1的受控端和升压开关S2的受控端电连接；所述的电压采样电路1的正极与第一连接点P1电连接，其负极与第二连接点P2电连接，电压采样电路1的输出端与控制器的AD1端口电连接；所述的电压采样电路2的正极与第三连接点P3电连接，其负极与第二连接点P4电连接，电压采样电路2的输出端与控制器的AD2端口电连接；所述的电流采样电路的取样端取自第二连接点P2的线路电流，其输出端与控制器的AD3端口电连接；所述的控制器通过COM端口与上位机通信连接。4.根据权利要求3所述的脉冲功率系统用LC谐振充电和回收电路，其特征在于：所述的控制器包括通信模块、重复运行模块、放电时序模块、充电算法和时序控制模块以及保护模块；所述的通信模块用于实现控制器与上位机之间的信息交互；所述的重复运行模块用于以重复频率状态输出触发信号1并计数；所述的充电算法和时序控制模块在触发信号1到来时计算出充电开关S1和升压开关S2的工作时间，按照时序执行对充电开关S1和升压开关S2的控制并计时，当计时时间达到预设的充电时间后输出触发信号2；所述的放电时序模块在触发信号2到来时进行计时，当计时时间达到预设的触发延时时间后输出放电开关信号对晶闸管S3进行控制；所述的保护模块用于根据电压采样电路2反馈的储能电容C1的电压、电压采样电路1反馈的供电电压、电流采样电路反馈的供电电流、预设充电电压、放电开关信号及充电开关信号判断产生用于故障停机的停止触发2信号。5.根据权利要求4所述的脉冲功率系统用LC谐振充电和回收电路的工作方法，其特征在于：所述的控制器与上位机通信连接，包括以下步骤：S1.控制器实时获取并向上位机发送供电电压、供电电流、储能电容C1电压和控制电路运行状态；S2.控制器获取来自上位机的预设充电时间、预设触发延迟、预设充电电压、预设重复频率及预设脉冲个数并存储，并实时获取来自上位机的单次充电指令、单次放电指令、重频运行指令或停止运行指令；S3.控制器获取到单次充电指令后，发送信号至充电和回收电路中的充电开关S1和升压开关S2的受控端，然后完成单次充电操作；S4.控制器获取到单次放电指令后，发送信号至加速器电路中的晶闸管S3的受控端，然后完成单次放电操作；S5.控制器获取到重频运行指令后，控制器根据预设重复频率及预设脉冲个数运行，并按照预设时序发...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，
申请(专利权)人：成都致研新能电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51