脉冲功率装置的误击穿响应系统和实现方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种脉冲功率装置的误击穿响应系统和实现方法。系统包括误击穿检测单元、控制模块和充电时间控制单元；误击穿检测单元实时监测误击穿行为；若发生误击穿行为，则控制模块停止向充电时间控制单元发送使能信号，直至下一充电周期或工作周期到达时，恢复向充电时间控制单元发送使能信号；充电时间控制单元在接收到使能信号时，控制初级充电模块保持充电行为，否则控制初级充电模块停止充电行为。方法包括在工作周期内，若高压产生模块开关发生误击穿，则控制初级充电模块停止充电行为，直至下一充电周期开始时恢复初级充电模块的充电行为。本发明专利技术能在误击穿发生时，迅速切断充电行为。

The system and implementation of the breakdown response of pulse power device

【技术实现步骤摘要】
脉冲功率装置的误击穿响应系统和实现方法
本专利技术涉及脉冲功率
，尤其是一种脉冲功率装置的误击穿响应系统和实现方法。
技术介绍
脉冲功率技术是一种将电能缓慢存储，在瞬间向负载释放的技术。一套典型的脉冲功率装置，主要包括初级充电模块和高压产生模块两大主体部分，以及真空、测量、控制、触发等附属系统。初级充电模块负责对高压产生模块缓慢充电，这一过程是电能的缓慢存储过程；当充电至预期电压时，高压产生模块中的开关闭合，电能迅速向负载释放。图1是一套脉冲功率装置主体部分等效电路示意图。图1中的整流滤波电路和全桥变换电路构成初级充电模块，对于功率较大的脉冲功率装置，目前主流是采用以串联谐振全桥变换电路为拓扑结构的开关电源作为初级充电模块。图1中的负载电路即为高压产生模块，在充电过程中，开关S闭合前，高压产生模块可以等效成电容CL，开关S闭合时，电能向RL快速释放。脉冲功率技术在高功率微波领域，要求脉冲功率装置重频工作，例如10Hz、20Hz等。通过控制系统的控制，可以实现重频工作模式。初级充电模块可近似等效为恒流源，输出电流恒定。恒流源对电容负载充电时，负载电压线性上升。图2是重频模式下，充电电流和负载电压的示意图。图中，上部是电流信号，重频工作时，在一个工作周期内，以电流i0持续输出时间t1(充电周期)，间隔时间t2，交替进行。下部是电压信号，等效电容CL上的电压在时间t1内随时间线性增长，当电压达到期望电压u0时，开关S闭合，CL上的电压释放，电压值变为0。上述为脉冲功率装置的正常工作状态。而在异常状态时，则会发生不一样的现象。所谓的异常状态是指：脉冲功率装置重频工作过程中，高压产生模块中的开关发生误击穿。如图3所示。高压产生模块期望经过在时间t1，充电电压达到u0时，开关再闭合。但在重频工作时，某一个工作周期内，充电还没有达到u0，在刚刚经过时间t3时，开关发生了误击穿，高压产生模块提前放电。而此时初级充电模块仍然继续恒流输出。这就会使高压产生模块的电压产生类似图3的异常。开关发生误击穿对高压产生模块和初级充电模块都会产生不同程度的影响。对于高压产生模块，轻度影响是当前脉冲和随后的数个脉冲工作失败(图3为示意，仅画出当前及随后的一个脉冲失败)，重频工作尚可以继续；中度影响是当前及以后所有的脉冲工作失败，重频工作失败；重度影响是，不但重频工作失败，还造成模块内部某些元件击穿损坏。对于初级充电模块来说，轻度时不会造成任何影响，充电模块继续重频输出电流；中度影响是，充电模块会因高压模块的异常干扰而死机，重频工作终止，需要重启充电模块；重度影响是，因过大的干扰电脉冲而产生不可逆的伤害，无法重启解决，需要更换硬件。现有脉冲功率装置在重频工作时，需要人工进行误击穿的监视，或者监视示波器上的波形，波形异常意味着发生了误击穿；或者注意听开关重频工作时的击穿声音，例如声音以10Hz有节奏地产生，意味着正常，一旦明显失去节奏，开关击穿声音出现高低不平，有时伴随着击穿打火的声响，意味着出现误击穿。出现异常的应对手段是进行手动急停，即紧急停止充电模块工作。因为人的反应时间也许要几秒，往往来不及急停，例如以10Hz工作2秒的情况；或者急停动作为时已晚，例如以10Hz工作30秒。对充电模块和高压产生模块会产生前述的轻重不同的伤害。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种方法，在重频或单个脉冲周期工作状态下，当误击穿发生时，能够迅速切断当前充电周期的充电行为，达到避免对充电模块和高压模块带来的一系列干扰和损害，且在重频工作状态下保障重频工作可以继续进行的目的。本专利技术采用的技术方案如下：一种脉冲功率装置的误击穿响应系统，包括误击穿检测单元、控制模块和充电时间控制单元；误击穿检测单元用于在脉冲功率装置的开关发生误击穿时，向控制模块发送第一信号；控制模块在若未接收到第一信号，则持续向充电时间控制单元发送使能信号；若接收到第一信号，则停止向充电时间控制单元发送使能信号，直至下一充电周期到达时，恢复向充电时间控制单元发送使能信号，或者，若接收到第一信号，则控制所述充电时间控制单元停止工作；所述充电周期为脉冲功率装置工作周期内，各次脉冲的充电时段。该充电周期对应于重频工作周期内，各个脉冲的充电时段；以及非重频工作状态下，一次脉冲的充电时段。前文说到的下一充电周期，对于重频工作状态来讲，为下一次脉冲的充电时段，即误击穿后一次对脉冲的充电起始点或产生误击穿所处充电周期的结束点，对于仅产生一次脉冲的工作状态，为下一次需要产生脉冲之时。控制所述充电时间控制单元停止工作，对于重频工作状态，则为中断重频工作状态，该重频工作状态可在后续过程中选择恢复或者结束。充电时间控制单元在接收到使能信号时，控制初级充电模块保持充电行为(对应于重频工作状态，为保存充电周期和充电间隔交替的行为，对应于单次脉冲生成的工作状态，为保持该次对高压产生模块的充电行为)，在未接收到使能信号时，控制初级充电模块停止充电行为。在脉冲功率装置上应用上述响应系统，可以在脉冲功率装置工作中发生误击穿时，迅速(不超过5us)切断当前充电周期的充电行为，避免对初级充电模块和高压产生模块造成的影响。同时，若是重频工作状态，则还可以在下一充电周期恢复充电行为，保障了重频工作的连续性；或者根据需要，中断重频工作。进一步的，所述控制模块包括核心控制单元和充电使能控制单元；充电使能控制单元用于在脉冲功率装置工作周期内，持续向核心控制单元传递使能信号；核心控制单元用于监控误击穿检测单元的检测结果，在误击穿检测单元没有发出第一信号时，将使能信号传递给充电时间控制单元，在误击穿检测单元发出第一信号时，中断向充电时间控制单元传递使能信号，直至下一充电周期开始时恢复，或者在误击穿检测单元发出第一信号时，控制充电时间控制单元停止工作。上述方案中，核心控制单元起到受控开/关的作用，无需每一次都重新生成使能信号，仅需导通或切断操作，使得对于后续单元而言，使能信号稳定，核心控制单元的计算量也较小。进一步的，还包括误击穿计数单元，连接于误击穿检测单元，用于对误击穿检测单元发出的第一信号进行计数。该设计属于优选设计，可以有助于了解脉冲功率装置工作的稳定度和健康度。进一步的，还包括充电待机信号单元，连接于充电时间控制单元，用于发出充电待机信号；所述充电时间控制单元用于在同时接收到充电待机信号和使能信号时，控制初级充电模块保持充电行为；否则，控制初级充电模块停止充电行为。该设计同样属于优选设计，采用双重触发的机制，可以有助于防止对初级充电模块的误操作。进一步的，所述误击穿检测单元检测脉冲功率装置的放电开关是否发生误击穿的方法为：误击穿检测单元通过电流检测装置检测脉冲功率装置的放电开关是否在充电周期内有电流流过，若是，则判定发生误击穿。利用脉冲功率装置充电行为的特性，可以通过很小的计算量和硬件配置，方便、准确地检测出是否发生误击穿。本专利技术提供了一种脉冲功率装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脉冲功率装置的误击穿响应系统，其特征在于，包括误击穿检测单元、控制模块和充电时间控制单元；/n所述误击穿检测单元用于在脉冲功率装置的开关发生误击穿时，向控制模块发送第一信号；/n所述控制模块若未接收到第一信号，则持续向充电时间控制单元发送使能信号；若接收到第一信号，则停止向充电时间控制单元发送使能信号，直至下一充电周期到达时，恢复向充电时间控制单元发送使能信号，或者，若接收到第一信号，则控制所述充电时间控制单元停止工作；所述充电周期为脉冲功率装置工作周期内，各次脉冲的充电时段；/n所述充电时间控制单元在接收到使能信号时，控制初级充电模块保持充电行为，在未接收到使能信号时，控制初级充电模块停止充电行为。/n

【技术特征摘要】
1.一种脉冲功率装置的误击穿响应系统，其特征在于，包括误击穿检测单元、控制模块和充电时间控制单元；
所述误击穿检测单元用于在脉冲功率装置的开关发生误击穿时，向控制模块发送第一信号；
所述控制模块若未接收到第一信号，则持续向充电时间控制单元发送使能信号；若接收到第一信号，则停止向充电时间控制单元发送使能信号，直至下一充电周期到达时，恢复向充电时间控制单元发送使能信号，或者，若接收到第一信号，则控制所述充电时间控制单元停止工作；所述充电周期为脉冲功率装置工作周期内，各次脉冲的充电时段；
所述充电时间控制单元在接收到使能信号时，控制初级充电模块保持充电行为，在未接收到使能信号时，控制初级充电模块停止充电行为。


2.如权利要求1所述的误击穿响应系统，其特征在于，所述控制模块包括核心控制单元和充电使能控制单元；
充电使能控制单元用于在脉冲功率装置工作周期内，持续向核心控制单元传递使能信号；
核心控制单元用于监控误击穿检测单元的检测结果，在误击穿检测单元没有发出第一信号时，将使能信号传递给充电时间控制单元，在误击穿检测单元发出第一信号时，中断向充电时间控制单元传递使能信号，直至下一充电周期开始时恢复，或者在误击穿检测单元发出第一信号时，控制充电时间控制单元停止工作。


3.如权利要求1所述的误击穿响应系统，其特征在于，还包括误击穿计数单元，连接于误击穿检测单元，用于对误击穿检测单元发出的第一信号进行计数。


4.如权利要求1所述的误击穿响应系统，其特征在于，还包括充电待机信号单元，连接于充电时间控制单元，用于发出充电待机信号；
所述充电时间控制单元用于在同时接收到充电待机信号和使能信号时，控制初级充电模块保持充电行为；否则，控制初级充电模块停止充电行为。


5.如权利要求1-4任一所述的误击穿响应系统，其特征在于，所述误击穿检测单元检测脉冲功率装置的放电开关是否发生误击穿的方法为：误击穿检测单元通过电流检测装置检测脉冲功率装置的放电开关是否在充电周期内有电流流过，若是，则判定发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：张北镇，陈飞，罗光耀，宋法伦，谭杰，金晖，王淦平，甘延青，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，成都晟睿集科电子有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51