适用于磁约束装置的超级电容器充放电控制电路及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于磁约束装置的超级电容器充放电控制电路及方法，所述电路的直流电源与第一开关模块的输入端连接，第一开关模块的输出端与超级电容器连接，超级电容器还与第二开关模块的输入端连接，第二开关模块的输出端与第三开关模块的输入端连接，第三开关模块的输出端与用电设备连接；控制模块分别与第一开关模块的输入端、第二开关模块的输入端和第三开关模块的输入端连接，用于控制第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块的通断，以使电路能够处于充电模式、工作输出模式、电容放电模式、关断模式之一。本发明专利技术适用于磁约束装置复杂的电磁环境，能够为磁约束装置的静电探针提供稳定、低噪声的偏压，且可以远程控制。制。制。

【技术实现步骤摘要】
适用于磁约束装置的超级电容器充放电控制电路及方法


[0001]本专利技术涉及磁约束
，尤其涉及一种适用于磁约束装置的超级电容器充放电控制电路及方法。

技术介绍

[0002]磁约束等离子体装置是利用特殊形态的磁场把电准中性的等离子体约束在特定空间内，主要应用于磁约束聚变领域，包括托卡马克和仿星器等聚变装置。聚变能是一种清洁能源，是未来解决人类能源问题的主要途径。在托卡马克和仿星器等磁约束聚变装置中，边界等离子体连接着芯部高温等离子体和偏滤器，对于维持芯部等离子体的约束性能、以及热和粒子排出起到了关键作用。朗缪尔静电探针广泛应用于世界上各大磁约束装置，是获得边界等离子体信息的通用诊断。静电探针可以测量磁约束装置中边界等离子体的电子温度、电子密度、离子饱和流、悬浮电位和输运通量等。当静电探针运行在马赫探针或三探针模式时，需要为探针提供稳定的偏压。由于物理研究的需要，静电探针系统一般具有很高的采样率，保证足够的精度以分析信号中的湍流信息；同时也要求电路及测量系统具有很高的信噪比，以最大程度地抑制电路噪声对等离子体信号的干扰。
[0003]目前，国内磁约束聚变装置的静电探针系统普遍采用多节9V干电池串联成电池组为探针提供偏压，可以满足对低噪声的要求。但是，干电池的电量有限，在长脉冲稳态运行的磁约束聚变装置中，需要频繁更换干电池组，影响测量效率且维护成本较高。而且干电池含有重金属，废弃后回收成本较高，还可能会污染环境。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种超级电容器充放电控制电路及方法，适用于磁约束装置复杂的电磁环境，能够为磁约束装置的静电探针提供稳定、低噪声的偏压，且可以远程控制。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种适用于磁约束装置的超级电容器充放电控制电路，包括直流电源、第一开关模块、超级电容器、第二开关模块、第三开关模块以及控制模块；
[0006]所述直流电源与所述第一开关模块的输入端连接，所述第一开关模块的输出端与所述超级电容器连接，所述超级电容器还与所述第二开关模块的输入端连接，所述第二开关模块的输出端与所述第三开关模块的输入端连接，所述第三开关模块的输出端与用电设备连接；
[0007]所述控制模块分别与所述第一开关模块的输入端、所述第二开关模块的输入端和所述第三开关模块的输入端连接，用于控制所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述第三开关模块的通断；当所述第一开关模块闭合，所述第二开关模块和所述第三开关模块均断开时，所述电路处于充电模式；当所述第一开关模块和所述第二开关模块均断开，所述第三开关模块闭合时，所述电路处于工作输出模式；当所述第一开关模块断开，所述第二开
关模块闭合，所述第三开关模块断开时，所述电路处于电容放电模式；当所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述第三开关模块均断开时，所述电路处于关断模式。
[0008]作为上述方案的改进，所述电路还包括检测模块和采集模块；
[0009]所述检测模块连接在所述超级电容器和所述第二开关模块之间，所述检测模块用于检测所述超级电容器的电压；
[0010]所述采集模块的输入端与所述检测模块连接，所述采集模块的输出端与所述控制模块连接；所述采集模块用于采集电路信息，并将所述电路信息传输至所述控制模块，以使所述控制模块根据所述电路信息控制所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述第三开关模块的通断。
[0011]作为上述方案的改进，所述电路还包括第一保护模块和第二保护模块；
[0012]所述第一保护模块连接在所述第一开关模块和所述超级电容器之间，所述第一保护模块用于保护所述直流电源以及电路元件；
[0013]所述第二保护模块连接在所述超级电容器和所述检测模块之间，所述第二保护模块用于保护电路元件。
[0014]作为上述方案的改进，所述第一保护模块包括二极管和至少一个第一保险丝；
[0015]所述第一保险丝的第一端与所述第一开关模块的输出端连接，所述第一保险丝的第二端与所述二极管的正极连接，所述二极管的负极与所述超级电容器的第一端连接。
[0016]作为上述方案的改进，所述第二保护模块包括至少一个第二保险丝，所述第二保险丝的第一端与所述超级电容器的第一端连接，所述第二保险丝的第二端与所述检测模块连接。
[0017]作为上述方案的改进，所述第一开关模块包括第一继电器开关和第二继电器开关；
[0018]所述第一继电器开关的第一端与所述直流电源的正极连接，所述第一继电器开关的第二端与所述超级电容器的第一端连接；
[0019]所述第二继电器开关的第一端与所述直流电源的负极连接，所述第二继电器开关的第二端与所述超级电容器的第二端连接。
[0020]作为上述方案的改进，所述检测模块包括第三继电器开关、第一电阻和第二电阻；
[0021]所述第三继电器开关的第一端与所述第一电阻的第一端连接，所述第三继电器开关的第二端与所述超级电容器的第一端连接；
[0022]所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述超级电容器的第二端连接；所述第二电阻的两端还与同轴电缆的两根导线分别连接，再接入所述采集模块。
[0023]作为上述方案的改进，所述第二开关模块包括第三电阻和第四继电器开关；
[0024]所述第三电阻的第一端与所述超级电容器的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第四继电器开关的第二端连接，所述第四继电器开关的第一端与所述超级电容器的第二端连接。
[0025]作为上述方案的改进，所述第三开关模块包括第五继电器开关和第六继电器开关；
[0026]所述第五继电器开关的第一端与所述超级电容器的第一端连接，所述第五继电器
开关的第二端与所述用电设备连接；
[0027]所述第六继电器开关的第一端与所述超级电容器的第二端连接，所述第六继电器开关的第二端与所述用电设备连接。
[0028]本专利技术实施例还提供了一种适用于磁约束装置的超级电容器充放电控制方法，应用于上述任一项所述的适用于磁约束装置的超级电容器充放电控制电路，所述包括：
[0029]S1，打开直流电源的电压输出，控制模块中的控制程序自动模式启动；
[0030]S2，所述控制模块控制第一开关模块闭合，第二开关模块和第三开关模块均断开，将所述电路切换至充电模式，同时所述控制模块循环监控炮号、放电时长和触发信号的出现；
[0031]S3，所述控制模块根据接收到炮号、放电时长和触发信号的顺序，先控制所述第一开关模块和所述第二开关模块均断开，所述第三开关模块闭合，将所述电路切换至工作输出模式，在计时预设时间后，所述控制模块再控制所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述第三开关模块均断开，将所述电路切换至关断模式；
[0032]S4，返回S2开始下一次循环。
[0033]进一步的，所述S3具体包括：
[0034]所述控制模块先接收到炮号和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于磁约束装置的超级电容器充放电控制电路，其特征在于，包括直流电源、第一开关模块、超级电容器、第二开关模块、第三开关模块以及控制模块；所述直流电源与所述第一开关模块的输入端连接，所述第一开关模块的输出端与所述超级电容器连接，所述超级电容器还与所述第二开关模块的输入端连接，所述第二开关模块的输出端与所述第三开关模块的输入端连接，所述第三开关模块的输出端与用电设备连接；所述控制模块分别与所述第一开关模块的输入端、所述第二开关模块的输入端和所述第三开关模块的输入端连接，用于控制所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述第三开关模块的通断；当所述第一开关模块闭合，所述第二开关模块和所述第三开关模块均断开时，所述电路处于充电模式；当所述第一开关模块和所述第二开关模块均断开，所述第三开关模块闭合时，所述电路处于工作输出模式；当所述第一开关模块断开，所述第二开关模块闭合，所述第三开关模块断开时，所述电路处于电容放电模式；当所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述第三开关模块均断开时，所述电路处于关断模式。2.如权利要求1所述的适用于磁约束装置的超级电容器充放电控制电路，其特征在于，所述电路还包括检测模块和采集模块；所述检测模块连接在所述超级电容器和所述第二开关模块之间，所述检测模块用于检测所述超级电容器的电压；所述采集模块的输入端与所述检测模块连接，所述采集模块的输出端与所述控制模块连接；所述采集模块用于采集电路信息，并将所述电路信息传输至所述控制模块，以使所述控制模块根据所述电路信息控制所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述第三开关模块的通断。3.如权利要求2所述的适用于磁约束装置的超级电容器充放电控制电路，其特征在于，所述电路还包括第一保护模块和第二保护模块；所述第一保护模块连接在所述第一开关模块和所述超级电容器之间，所述第一保护模块用于保护所述直流电源以及电路元件；所述第二保护模块连接在所述超级电容器和所述检测模块之间，所述第二保护模块用于保护电路元件。4.如权利要求3所述的适用于磁约束装置的超级电容器充放电控制电路，其特征在于，所述第一保护模块包括二极管和至少一个第一保险丝；所述第一保险丝的第一端与所述第一开关模块的输出端连接，所述第一保险丝的第二端与所述二极管的正极连接，所述二极管的负极与所述超级电容器的第一端连接。5.如权利要求3所述的适用于磁约束装置的超级电容器充放电控制电路，其特征在于，所述第二保护模块包括至少一个第二保险丝，所述第二保险丝的第一端与所述超级电容器的第一端连接，所述第二保险丝的第二端与所述检测模块连接。6.如权利要求1至5中任一项所述的适用于磁约束装置的超级电容器充放电控制电路，其特征在于，所述第一开关模块包括第一继电器开关和第二继电器开关；所述第一继电器开关的第一端与所述直流电源的正极连接，所述第一继电器开关的第二端与所述超级电容器的第一端连接；所述第二继电器开关的第一端与所述直流电源的负极连接，所述第二继电器开关的第
二端与所述超级电容器的第二端连接。7.如权利要求6所述的适用于磁约束装置的超级电容器充放电控制电路，其特征在于，所述检测模块包括第三继电器开关、第一电阻和第二电阻；所述第三继电器开关的第一端与所述第一电阻的第一端连接，所述第三继电器开关的第二端与所述超...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘少承，廖亮，魏文崟，高翔，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：