一种高压大功率充放电电路制造技术

本发明专利技术公开了一种高压大功率充放电电路，包括：初级储能装置、充电电路、次级储能装置、倍压放电电路和控制模块；充电电路的输入端连接至初级储能装置的第一输出端，次级储能装置的输入端连接至充电电路的第一输出端，倍压放电电路的输入端连接至次级储能装置的第一输出端，充电电路将初级储能装置中的能量传递给次级储能装置；倍压放电电路将次级储能装置中的能量释放到负载产生脉冲波形；控制模块监测初级储能装置中电池单元的电压、电流和温度状况，检测充电电路中电感的电流和次级储能装置的电压并对其实现闭环控制，在充电时控制充电电路中的两个晶闸管阀的导通状态，在放电时控制倍压放电电路中的两个晶闸管阀的导通状态。

【技术实现步骤摘要】
一种高压大功率充放电电路
本专利技术属于高压大功率充放电
，更具体地，涉及一种移动式的高压大功率充放电电路。
技术介绍
自第二次工业革命以来，电力技术的发展极大地改善了人类社会的生产、生活，然而如果在脱离电网的区域进行与电力相关的科研或者技术活动，比如发射电磁炮等，到目前为止还存在诸多不便，这些实际的科学技术活动对电力技术的持续性和移动性提出了更高的要求。为了能够在脱离电网的区域进行一系列跟电力相关的科研技术活动，需要一种能够便于移动的高压大功率充放电电结构，通过该结构的充电部分，初级储能装置能对次级储能装置充电，而次级储能装置能对负载放电产生脉冲的电流磁场波形以供科研技术需要，一般来说，充电电路的电压等级在1-100kV范围内，平均充电功率在MW级左右，具体视后级负载的需求而定。该领域得到了各个国家的重视，在近几十年内发展比较迅速，逐渐朝着高充放电速度、系统小型化、系统高稳定性、能够连续充放电等方面发展。目前高压大功率充放电电路的结构由初级储能装置(蓄电池、脉冲发电机等)、充电电路、次级储能装置(电容器、电感器等)、放电电路及控制模块等部分组成。而具体的应用中应用较多的电路主要有两种结构，其一是初级储能装置通过逆变、升压、整流的方式对次级储能装置充电，该电路结构的缺点是由于储能电池串联数量少，初级储能装置电压低，在保证系统功率的条件下，并联支路数量多，存在较大的均流问题，并且逆变器电流应力大，使用的大功率变压器、逆变器及整流器会占用较大的空间，不利于往小型化方向发展；其二是初级储能装置不采用变压器，通过Buck等电路结构对次级储能装置充电，该电路结构的缺点在于要保证对后级储能装置充到足够的电压，初级储能装置的电压会很高，这会导致其串联的电池数量多，其中一个模块损坏会导致整个储能装置不正常工作，对系统的稳定性影响较大，而且对充电电路的半导体开关器件的同步触发技术和耐压水平也有较高的要求。而作为产生高压脉冲的另一种方式-Marx发生器，其基本原理是电容储能装置先并联充电，然后串联放电产生高压脉冲，但是该方式由于采用了球间隙，而球间隙的击穿电压会受到气温、气压、湿度的影响导致整个系统会受到天气和气候的影响，需要不断修正，并且会在火花间隙击穿时产生较大的噪音，此外，为了保证两次放电之间间隙充分去游离，放电的时间间隔至少需在30s以上，这样限制了该发生器不能在短时间内连续工作。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种高压大功率充放电电路，旨在解决现有技术不能在短时间内多次连续工作以及系统稳定性差的问题。本专利技术提供了一种高压大功率充放电电路，包括：初级储能装置、充电电路、次级储能装置、倍压放电电路和控制模块；所述充电电路的输入端连接至所述初级储能装置的第一输出端，所述次级储能装置的输入端连接至所述充电电路的第一输出端，倍压放电电路的输入端连接至所述次级储能装置的第一输出端，控制模块的第一输入端连接至初级储能装置的第二输出端，控制模块的第二输入端连接至充电电路的第二输出端，所述控制模块的第三输入端连接至所述次级储能装置的第二输出端，所述控制模块的第一输出端连接至所述充电电路的控制端，控制模块的第二输出端连接至所述倍压放电电路的控制端；充电电路用于将所述初级储能装置中的能量传递给所述次级储能装置；倍压放电电路用于将次级储能装置中的能量释放到负载，产生脉冲波形；控制模块用于监测所述初级储能装置中电池单元的电压、电流和温度状况，在信号不正常时断开充电电路，同时检测充电电路中电感的电流和次级储能装置的电压并对其实现闭环控制，还用于在充电时控制充电电路中的两个晶闸管阀的导通状态，在放电时控制倍压放电电路中的两个晶闸管阀的导通状态。更进一步地，次级储能装置包括：第一储能元件C1和第二储能元件C2；第一储能元件C1用于将充电阶段存储的能量在放电阶段释放给负载；第二储能元件C2用于在充电阶段与C1并联充电，且在放电阶段串联放电。更进一步地，充电电路包括：半导体开关模块T、电感L、二极管模块D、第一晶闸管阀T1和第二晶闸管阀T2；半导体开关模块T的阳极用于连接所述初级储能装置，半导体开关模块T的阴极、二极管模块D的阴极以及电感L的正极均相连，二极管模块D的正极、初级储能装置的负极、第一储能元件C1的负极以及第二晶闸管阀T2的阴极相连，电感L的负极、第一晶闸管阀T1的阳极以及第一储能元件C1的正极相连，第一晶闸管阀T1的负极与次级储能装置C2的正极相连，第二晶闸管阀T2的阳极与次级储能装置C的负极相连，半导体开关模块T、第一晶闸管阀T1和第二晶闸管阀T2的触发极为所述充电电路的控制端，半导体开关模块T的阳极为所述充电电路第一输入端，第一储能元件C1的正极和第二储能元件C2的正极为所述充电电路第一输出端。更进一步地，倍压放电电路包括：第三晶闸管阀T3和第四晶闸管阀T4；第三晶闸管阀T3的正极与第一储能元件C1的正极相连，第三晶闸管阀T3的负极与第二储能元件C2的负极相连，第四晶闸管阀T4的正极与第二储能元件C2的正极相连，第四晶闸管阀T4的负极与负载的正极相连，负载的负极与第一储能元件C1的负极相连，第三晶闸管阀T3和第四晶闸管阀T4的触发极对应倍压放电电路的控制端。更进一步地，控制模块包括：监测单元、电流检测单元、电压检测单元、第一驱动控制单元和第二驱动控制单元；监测单元的输入端作为控制模块的第一输入端，监测单元的输出端与第一驱动控制单元的第一输入端连接；监测单元用于在电压、电流和温度参数异常时输出异常信号；电流检测单元的输入端作为控制模块的第二输入端，电流检测单元的输出端连接至第一驱动控制单元的第二输入端；电流检测单元用于根据电感中的电流信号输出电流反馈信号；电压检测单元的输入端作为所述控制模块的第三输入端，电压检测单元的输出端连接至所述第一驱动控制单元的第三输入端，电压检测单元用于根据储能元件两端的电压信号输出电压反馈信号；第一驱动控制单元的输出端作为控制模块的第一输出端，第一驱动控制单元用于根据异常信号输出用于断开所述充电电路的第一控制信号，根据电流反馈信号输出用于反馈调节电感中电流大小的第二控制信号，根据电压反馈信号输出用于反馈调节储能元件两端的电压大小的第三控制信号，根据充电启始信号输出用于导通第一晶闸管阀T1和第二晶闸管阀T2的第四控制信号；第二驱动控制单元的输入端用于接收外部的放电启始信号，第二驱动控制单元的输出端作为所述控制模块的第二输出端，第二驱动控制单元用于将放电启始信号传输至倍压放电电路的控制端。本专利技术采用并联充电、串联放电的电路结构，能够将初级储能装置和充电电路的电压等级减少为原来的一半，能够极大地减少储能电池和半导体开关器件的串联数量，由于要保证充电电路对次级储能装置的充电时间不变，保证充电的快速性，通过充电电路的电流会增加为原来的两倍，一方面可以通过选择通流能力更强的半导体器件来解决，另一方面也可以通过多重化技术提升充电电路的通流能力，即并联多个半导体开关模块，但是其触发信号的相位相差2π/m，其中m为并联支路数，而这两种解决方法不会对整个系统的体积、稳定性产生过多的影响。附图说明图1是本专利技术实施例提供的高压大功率充放电电路的原理结构图；图2是本专利技术实施例提供的高压大功率充本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压大功率充放电电路，其特征在于，包括：初级储能装置(1)、充电电路(2)、次级储能装置(3)、倍压放电电路(4)和控制模块(5)；所述充电电路(2)的输入端连接至所述初级储能装置(1)的第一输出端，所述次级储能装置(3)的输入端连接至所述充电电路(2)的第一输出端，所述倍压放电电路(4)的输入端连接至所述次级储能装置(3)的第一输出端，所述控制模块(5)的第一输入端连接至所述初级储能装置(1)的第二输出端，所述控制模块(5)的第二输入端连接至所述充电电路(2)的第二输出端，所述控制模块(5)的第三输入端连接至所述次级储能装置(3)的第二输出端，所述控制模块(5)的第一输出端连接至所述充电电路(2)的控制端，所述控制模块(5)的第二输出端连接至所述倍压放电电路(4)的控制端；所述充电电路(2)用于将所述初级储能装置(1)中的能量传递给所述次级储能装置(3)；所述倍压放电电路(4)用于将所述次级储能装置(3)中的能量释放到负载，产生脉冲波形；所述控制模块(5)用于监测所述初级储能装置(1)中电池单元的电压、电流和温度状况，在信号不正常时断开充电电路，同时检测充电电路中电感的电流和次级储能装置的电压并对其实现闭环控制，还用于在充电时控制充电电路中的两个晶闸管阀的导通状态，在放电时控制倍压放电电路中的两个晶闸管阀的导通状态。...

【技术特征摘要】
1.一种高压大功率充放电电路，其特征在于，包括：初级储能装置(1)、充电电路(2)、次级储能装置(3)、倍压放电电路(4)和控制模块(5)；所述充电电路(2)的输入端连接至所述初级储能装置(1)的第一输出端，所述次级储能装置(3)的输入端连接至所述充电电路(2)的第一输出端，所述倍压放电电路(4)的输入端连接至所述次级储能装置(3)的第一输出端，所述控制模块(5)的第一输入端连接至所述初级储能装置(1)的第二输出端，所述控制模块(5)的第二输入端连接至所述充电电路(2)的第二输出端，所述控制模块(5)的第三输入端连接至所述次级储能装置(3)的第二输出端，所述控制模块(5)的第一输出端连接至所述充电电路(2)的控制端，所述控制模块(5)的第二输出端连接至所述倍压放电电路(4)的控制端；所述充电电路(2)用于将所述初级储能装置(1)中的能量传递给所述次级储能装置(3)；所述倍压放电电路(4)用于将所述次级储能装置(3)中的能量释放到负载，产生脉冲波形；所述控制模块(5)用于监测所述初级储能装置(1)中电池单元的电压、电流和温度状况，在信号不正常时断开充电电路，同时检测充电电路中电感的电流和次级储能装置的电压并对其实现闭环控制，还用于在充电时控制充电电路中的两个晶闸管阀的导通状态，在放电时控制倍压放电电路中的两个晶闸管阀的导通状态。2.如权利要求1所述的高压大功率充放电电路，其特征在于，所述次级储能装置(3)包括：第一储能元件C1和第二储能元件C2；第一储能元件C1用于将充电阶段存储的能量在放电阶段释放给负载；第二储能元件C2用于在充电阶段与C1并联充电，且在放电阶段串联放电。3.如权利要求2所述的高压大功率充放电电路，其特征在于，所述充电电路(2)包括：半导体开关模块T、电感L、二极管模块D、第一晶闸管阀T1和第二晶闸管阀T2；半导体开关模块T的阳极用于连接所述初级储能装置(1)，半导体开关模块T的阴极、二极管模块D的阴极以及电感L的正极均相连，二极管模块D的正极、初级储能装置的负极、第一储能元件C1的负极以及第二晶闸管阀T2的阴极相连，电感L的负极、第一晶闸管阀T1的阳极以及第一储能元件C1的正极相连，第一晶闸管阀T1的负极与次级储能装置C2的正极相连，第二晶闸管阀T2的阳极与次级储能装置C2的负极相连，半导体开关模块T、第一晶闸管阀T1和第二晶闸管阀T2的触发极为所述充电电路(2)的控制端，半导体开关模块T的阳极为所述充...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁洪发，周俊，丁立志，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42