级联型高压电源的脉冲电容器负载反压消除方法技术

本发明专利技术提供一种级联型高压电源的脉冲电容器负载反压消除方法，其将具有反压的脉冲电容器作为级联型高压电源的一个虚拟级，与已存在的各级电池组进行时序串联工作，将脉冲电容器反压能量回收形成正压。当脉冲电容器具有反压时，开通晶闸管，通过电池组的旁路二极管，晶闸管，回路限流电感，形成放电通道，可以将脉冲电容器上的反压由此通道快速释放，在减小脉冲电容器反压的同时还会使回路产生正向的回路电流和正向的负载电压，电源的控制系统实时检测回路电流和脉冲电容器电压的大小，在此基础上按照计算得到的各级电池组串入时序将电池组接入系统，对脉冲电容器进行新一次的充电。对脉冲电容器进行新一次的充电。对脉冲电容器进行新一次的充电。

【技术实现步骤摘要】
级联型高压电源的脉冲电容器负载反压消除方法


[0001]本专利技术属于电学领域，具体涉及一种级联型高压电源的脉冲电容器负载反压消除方法。

技术介绍

[0002]直流高压充电作为脉冲电容器常用的充电方式起步于上个世纪，最早的直流高压电源是将交流市电或三相电由工频高压变压器升压变成交流高压电，然后整流滤波得到直流高压电。随着脉冲功率技术实用化发展，脉冲电容器对高压充电电源的功率需求达到兆瓦级，同时，可移动性需求对高压充电电源的功率密度指标也提出了更高要求。基于电池组级联的高压电源具有储能密度高、功率密度高、移动性好的特点，是兆瓦级、轻量化高压充电电源有效的工程化实现方案之一，但在进行野外作业时，由于多种原因，脉冲电容器在以某种工作拓扑对后续负载进行放电后会产生几百甚至上千伏的反压，此反压会对系统的重频运行状况、脉冲电容器的能量利用效率以及系统安全性等方面产生不利影响，因此研究如何快速合理的消除脉冲电容器上的反压对系统的稳定性以及下一次的充电的快速性具有重要意义。
[0003]对于脉冲电容器工作后产生的反压，多采用并联泄放电阻来对其进行释放，但此方法花费的时间过长，针对短时间内需要对电容器多次充放电的情形，此方法并不适用。“脉冲电源储能电容反向充电电压释放方法”文章中对普遍采用的放电主开关置于脉冲电容支路的电容储能式脉冲功率电源的放电过程进行了理论分析，讨论了影响脉冲电容器反向充电电压的各种因素，在此基础上，提出了降低脉冲电容器反向充电的方法和释放脉冲电容器反压的途径即采用放电主开关置于负载支路的电路结构，为储能电容反向充电电压的释放提供了回路。此方法虽然可以消除脉冲电容器的反压，但只是针对某一特定应用情景，且改变了此应用情形下常用的放电回路的结构，降低了脉冲电容器对负载的放电效率，增大了后续负载中二极管和晶闸管的损耗，缩短了器件寿命等。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提出一种级联型高压电源的脉冲电容器负载反压消除方法，在一些特定的放电回路中，脉冲电容器放电结束后会使脉冲电容器自身产生一定的反压，对系统产生不利影响；该方法利用了级联型高压电源对脉冲电容器进行充电的充电通道，在不增加辅助设计和器件的情况下，通过控制晶闸管等器件的开通时刻即可完成反压的快速消除，并且在消除脉冲电容器反压的同时还利用了该反压，缩短了充电时间，更易实现短时间内对脉冲电容器的多次充放电操作，极大提升了重频工况下的运行能力。
[0005]本专利技术采用的技术方案为：一种级联型高压电源的脉冲电容器负载反压消除方法，所述的级联型高压电源包括：控制系统、电池组级联模块、晶闸管、回路限流电感，其负载为脉冲电容器；通过计算得到级联型高压电源中各级电池组接入回路的时序，控制系统按照得到的时序使电池组逐级接入，完成对脉冲电容器的充电；所述的脉冲电容器反压的
消除方法利用级联型高压电源给脉冲电容器进行充电的充电通道，在接入各级电池组为脉冲电容器充电之前通过控制系统进行晶闸管的触发，使具有反压的脉冲电容器通过电池组级联模块中的旁路二极管，晶闸管，回路限流电感对脉冲电容器进行充电，从而快速完成反压的释放；上述工作过程与将各级电池组接入回路对脉冲电容器进行充电的工作过程具有一致性，可将具有反压的脉冲电容器视为级联型高压电源中与各级电池组串联的一级虚拟级，与各级电池组一起完成对脉冲电容器的充电过程；在工作过程中实时检测回路电流和脉冲电容器电压的大小，由于晶闸管的作用，回路电流和脉冲电容器电压不存在振荡过程，当检测到回路电流为0时，脉冲电容器电压达到最大值，在此基础上再按照计算得到的新时序依次接入各级电池组，完成对脉冲电容器的充电；由于虚拟级的存在，各级电池组开始接入时脉冲电容器已经有了正向初值，在消除脉冲电容器反压的同时对反压能量进行了完全回收。
[0006]有益效果：
[0007]本专利技术在不增加任何辅助设计和器件并且不改变脉冲电容器对后续负载放电结构的情况下利用级联型高压电源对脉冲电容器进行充电的充电通道，通过控制晶闸管和电池组级联模块开关管的开通时刻将具有反压的脉冲电容器作为和电池组串联的虚拟级的方法，完成脉冲电容器反压的快速消除。通过此种方式便可以快速完成脉冲电容器反压的释放并且能起到一定的提升充电速度的效果。
附图说明
[0008]图1为本专利技术所基于的级联型高压电源系统结构示意图；
[0009]图2为本专利技术具体实施方式的电路拓扑图；
[0010]图3为本专利技术中具有反压的脉冲电容器的电压释放过程中电容电压与回路电流波形；
[0011]图4为本专利技术中消除脉冲电容器反压及对其充电过程中的回路电流和电容电压波形。
具体实施方式
[0012]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0013]本专利技术中的级联型高压电源系统的结构如图1所示，包括5个部分：控制系统1、电池组级联模块2、晶闸管3、回路限流电感4和脉冲电容器5，其中脉冲电容器5为级联型高压电源的负载部分；电池组级联模块2的高压输出端与晶闸管3相连，晶闸管3的另一端与回路限流电感4相连，回路限流电感4的另一端连接脉冲电容器5的高压极，脉冲电容器5的低压极连接电池组级联模块2低压端。控制系统1主要完成四个功能，一是输出电池组级联模块2的控制信号，此信号与电池组级联模块2中的控制开关驱动端连接，控制各级电池组接入的时刻；二是输出对晶闸管3的开通信号，此信号与晶闸管3的门级相连；三是通过高压分压器实时监测脉冲电容器5两端电压，高压分压器接在脉冲电容器5两端；四是通过电流互感器
检测回路电流，电流互感器套在充电回路中。电池组级联模块2由电池组串联一个IGBT后再并联一个二极管构成。通过计算得到电池组接入回路的时序，控制系统1按照得到的时序使电池组逐级接入，完成对脉冲电容器5的充电。
[0014]所述的脉冲电容器5反压的消除方法利用级联高压电源给脉冲电容器5的充电通道，在接入各级电池组为脉冲电容器5充电之前通过控制系统1进行晶闸管3的触发，使具有反压的脉冲电容器5通过电池组级联模块2中的旁路二极管，以及级联型高压电源系统中的晶闸管3，回路限流电感4对脉冲电容器5进行充电，从而快速完成反压的释放。
[0015]针对脉冲电容器5单次的充放电情况，首先按照脉冲电容器5电压初值和回路电流初值均为0计算各级电池组接入的时序，按照得到的时序逐级接入电池组完成对脉冲电容器5的充电，之后脉冲电容器5对后续负载进行放电，完成一系列工作后脉冲电容器5自身会产生反压，此时通过控制系统1监测反压的值，开通晶闸管3，使脉冲电容器5通过电池组级联模块2中的旁路二极管，晶闸管3，回路限流电感4形成反压释放通道，进行快速放电，由于晶闸管3的作用，回路电流和脉冲电容器5两端电压不会出现振荡的情况，当检测的回路电流为0时，释放通道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种级联型高压电源的脉冲电容器负载反压消除方法，所述的级联型高压电源包括：控制系统、电池组级联模块、晶闸管、回路限流电感，其负载为脉冲电容器；通过计算得到级联型高压电源的各级电池组接入回路的时序，控制系统按照得到的时序使电池组逐级接入，完成对脉冲电容器的充电；其特征在于，所述的脉冲电容器反压消除方法是利用级联高压电源给脉冲电容器进行充电的充电通道，在接入各级电池组为脉冲电容器充电之前通过控制系统控制晶闸管的触发，使具有反压的脉冲电容器通过电池组级联模块中的旁路二极管，晶闸管，回路限流电感对脉冲电容器进行充电，从而快速完成反压的释放；上述工...

【专利技术属性】
技术研发人员：高迎慧，程士阔，付荣耀，刘坤，严萍，韩静，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：