【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、一些电气、电磁和机电系统可驱动电流通过电感、电阻和/或电容负载以执行一些功能，所述功能可以是例如产生电场、将电能转换成机械能和/或产生磁场。在一些情况下，电流可作为循环波形施加，每个循环重复施加电流。在执行所述功能之后，在负载或连接到负载的其它电路系统中可能存在大量剩余能量(例如，存储在电感器和/或电容器中)，所述能量可能在下一个循环发生之前耗散和丢失。可能发生此类能量损失的示例设备包含电磁成型和磁锻设备、磁轨炮以及限制和/或加速等离子体、离子或原子粒子的设备。
技术实现思路
1、所描述的实施方案涉及电气系统中的能量回收，所述电气系统可包含具有例如电容器和/或电感器的能量存储部件的负载。所述电气系统可在重复循环下操作以反复地执行功能。每个循环可包含所述电气系统在循环的部分期间达到的多个操作状态。例如，循环可从电气系统被置于其中所述电气系统中的至少一个部件通电的第一状态开始，经过一个或多个额外状态，在此期间，来自所述部件的能量被递送到负载并且功能得以执行，所述电气系统被置于一个或多个状态以从负载回收能量，然后以系统处于循环的最终状态结束。然后，系统可在下一循环开始时从最终状态前进到第一状态，其中回收的能量可在下一循环期间可用于施加到负载。在这方面，在每个操作循环期间从系统回收能量构成对系统能量的回收，如果没有本文所描述的能量回收电路系统，所述系统能量将损失或浪费。
2、本文所描述的电气系统可包含具有能量回收电路路径的电路，所述能量回收电路路径可在执行系统功
3、在一些情况下，可收集在每个循环期间从负载接收的能量以供外部使用。例如，由负载执行的功能可以是产生能量。可采集每个循环产生的过量能量以供外部使用。
4、一些电路应用可涉及高峰值电流(例如，超过106安培)和/或高峰值电压(例如，超过103伏)。此外，这些电路应用可在脉冲模式下以每个循环的快速切换和短电流脉冲操作。例如，根据一些实施方案，脉冲持续时间可具有在1微秒与500微秒之间的半峰全宽值。在一些情况下，脉冲持续时间可短于1微秒。在一些情况下，脉冲持续时间可长于500微秒。在一些情况下，此类脉冲持续时间的峰值功率可高达或超过1千兆瓦。本文描述的电路适合处理此类脉冲式高功率系统。
5、本文描述的电路的一方面是可切换此类高电流和电压的方向开关。方向开关电路包括与一个或多个正向二极管串联的一个或多个开关元件(例如，硅控制整流器)。在开关进入阻断模式时，二极管可吸收施加在方向开关上的大部分回收能量。归因于正向二极管，开关元件可在原本将超过其操作限制的功率电平下操作。
6、一些实施方案涉及在重复循环中将能量递送到负载并回收能量的一部分的电路。此类电路可包括用以从电压源或电流源接收能量的能量存储部件以及用以沿着第一电路路径将所述能量存储部件可逆地耦合到负载的第一开关，所述第一开关被配置成达到第一状态，使得当所述第一开关在所述重复循环中的第一循环的第一部分期间处于所述第一状态时，正向电流从所述能量存储部件流动到所述负载。此类电路还可包含沿着第二电路路径将所述能量存储部件可逆地耦合到负载的第二开关，其中所述第二电路路径至少部分地与所述第一电路路径不同，所述第二开关被配置成达到第一状态，使得当所述第二开关在所述第一循环的第二部分期间处于所述第二开关的所述第一状态时，来自所述负载的能量返回到所述能量存储部件，使得返回的能量的至少一部分可供用于所述重复循环中在所述第一循环之后的第二循环的第一部分。
7、一些实施方案涉及从在重复循环下操作的系统中的负载回收能量的方法。此类方法可包含以下动作：将第一量的能量存储在电路的第一能量存储部件中；在重复循环中的第一循环的第一部分期间，将所述第一量的能量的至少一部分沿着所述电路的第一电路路径从所述第一能量存储部件递送到所述负载，其中所述负载包含第二能量存储部件；以及在所述第一循环的第二部分期间，将第二量的能量沿着所述电路的第二电路路径从所述第二能量存储部件返回到所述第一能量存储部件，使得返回的第二量的能量的至少一部分可供用于所述重复循环中在所述第一循环之后的第二循环的第一部分，其中所述第二电路路径至少部分地与所述第一电路路径不同。
8、一些实施方案涉及组装电路的方法，所述电路用以从在重复循环下操作的系统中的负载回收能量。此类方法可包含以下动作：将第一开关布置在第一电路路径中，以在所述重复循环中的第一循环的第一部分期间将能量存储部件可逆地耦合到负载，使得当所述第一开关在所述第一循环的所述第一部分期间处于第一状态时，所述能量存储部件在所述第一循环的所述第一部分期间沿着所述第一电路路径将能量递送到所述负载；以及将第二开关布置在至少部分地与所述第一电路路径不同的第二电路路径中，以在所述第一循环的第二部分期间沿着所述第二路径将所述负载可逆地耦合到所述能量存储部件，使得当所述第二开关在所述第一循环的第二部分期间处于所述第二开关的第一状态时，能量在所述第一循环的第二部分期间从所述负载返回到所述能量存储部件，并且可供用于所述重复循环中在所述第一循环之后的第二循环的第一部分。
9、一些实施方案涉及用于在电路中回收电磁能的系统。此类系统可包括第一能量存储部件、第二能量存储部件、负载和第一开关，所述第一开关用以在系统的操作循环的第一部分期间沿着第一电路路径将所述第一能量存储部件和所述第二能量存储部件可逆地耦合到所述负载，使得电流从所述第一能量存储部件流动到所述第二能量存储部件并流动到所述负载。此类系统还可包含第二电路路径，所述第二电路路径至少部分地与所述第一电路路径不同并且具有第二开关以在所述操作循环的第二部分期间将所述负载可逆地耦合到所述第一能量存储部件，所述第二电路路径被配置成将能量从所述负载返回到所述第一能量存储部件，使得返回的能量可供用于所述系统的下一操作循环的开始，并且所述操作循环的所述第二部分结束时所述第一能量存储部件上的电压极性是与所述操作循环的所述第一部分开始时所述第一能量存储部件上的电压极性相同的电压极性。
10、前文概念和下文更详细地论述的额外概念的所有组合(前提是此类概念不会相互不一致)预期是本文公开的专利技术主题的部分。具体地，本公开结尾出现的所要求的主题的所有组合都预期为本文公开的专利技术主题的部分。也可能在以引用的方式并入的任何公开内容中出现的本文中明确采用的术语应当被赋予最符合本文所公开的特定概念的含义。
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1.一种在重复循环中将能量递送到负载并回收所述能量的一部分的电路，所述电路包括：
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一开关被配置成：
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述电路操作10,000个循环或更长时间，而不会使所述能量存储部件、所述第一开关或所述第二开关失效。
4.根据权利要求1所述的电路，其中所述能量存储部件包括电容器。
5.根据权利要求1所述的电路，其中所述电容器具有在10微法拉到10毫法拉范围内的电容值。
6.根据权利要求1所述的电路，其还包括所述源，其中所述源是至少1,000伏的电压源。
7.根据权利要求1所述的电路，其还包括所述负载。
8.根据权利要求7所述的电路，其中所述能量存储部件是第一能量存储部件，并且所述负载包括第二能量存储部件。
9.根据权利要求8所述的电路，其中所述第二能量存储部件包括电感器。
10.根据权利要求8所述的电路，其中所述第二能量存储部件包括电磁线圈，所述电磁线圈是单匝电磁线圈或分段电磁线圈。
11.根据权利要求1
12.根据权利要求8所述的电路，其中所述第一能量存储部件包括第一电容器，并且所述第二能量存储部件包括第二电容器。
13.根据权利要求8至12中的任一项所述的电路，其中所述第二电路路径包含第三能量存储部件。
14.根据权利要求13所述的电路，其中所述第三能量存储部件是所述第二电路路径和所述第一电路路径共用的。
15.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一开关包括至少一个硅控制整流器。
16.根据权利要求15所述的电路，其还包括正向二极管，所述正向二极管与所述至少一个硅控制整流器串联连接并且被布置成：
17.根据权利要求16所述的电路，其中所述正向二极管在正向传导与反向阻断之间的第一关断时间短于所述至少一个硅控制整流器的第二关断时间。
18.根据权利要求15所述的电路，其还包括：
19.根据权利要求1所述的电路，其中所述第二开关包括至少一个硅控制整流器。
20.根据权利要求1所述的电路，其中所述能量存储部件是第一能量存储部件，所述电路还包括：
21.根据权利要求1所述的电路，其还包括第三开关，所述第三开关连接在第三电路路径中以可逆地绕过所述第一能量存储部件并使所述正向电流在环路中循环通过至少所述第一开关、所述负载和所述第三开关达某一时间间隔以形成具有大致平坦顶部的电流脉冲。
22.根据权利要求1所述的电路，其中所述能量存储部件是第一能量存储部件，所述电路还包括第二能量存储部件，所述第二能量存储部件用以从所述负载接收所述正向电流并且在所述第二开关达到所述第一状态之前临时存储从所述负载返回的能量。
23.一种从在重复循环下操作的系统中的负载回收能量的方法，所述方法包括：
24.根据权利要求23所述的方法，其中：
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一量的能量的所述部分是所述第一量的能量的第一部分，所述方法还包括：
26.根据权利要求24所述的方法，其还包括：
27.根据权利要求24所述的方法，其还包括：
28.根据权利要求24所述的方法，其还包括：
29.根据权利要求23所述的方法，其中在所述第一循环的所述第一部分期间递送所述第一量的能量的所述部分包括使具有至少一百万安培的峰值的电流流过所述第一开关，并且所述方法还包括：
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述方法重复至少10,000次，而不会使所述能量存储部件、所述第一开关或所述第二开关失效。
31.根据权利要求23所述的方法，其中所述第二量的能量的所述部分大于所述第一量的能量的所述部分的90％。
32.根据权利要求24所述的方法，其中所述递送包括将所述第一开关设置为第一状态，使得所述第一开关将所述第一能量存储部件耦合到所述负载。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述第一开关包括至少一个硅控制整流器。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述第一开关还包括正向二极管，所述正向二极管与所述至少一个硅控制整流器串联连接并且被布置成：
35.根据权利要求33所述的方法，其还包括当所述正向二极管和所述至少一个硅控制整流器反向偏置时，使所述正向二极管上的电压比所述至少一个硅控制整流器上的电压下降更多。
36.根据权利要求33所述...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种在重复循环中将能量递送到负载并回收所述能量的一部分的电路，所述电路包括：
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一开关被配置成：
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述电路操作10,000个循环或更长时间，而不会使所述能量存储部件、所述第一开关或所述第二开关失效。
4.根据权利要求1所述的电路，其中所述能量存储部件包括电容器。
5.根据权利要求1所述的电路，其中所述电容器具有在10微法拉到10毫法拉范围内的电容值。
6.根据权利要求1所述的电路，其还包括所述源，其中所述源是至少1,000伏的电压源。
7.根据权利要求1所述的电路，其还包括所述负载。
8.根据权利要求7所述的电路，其中所述能量存储部件是第一能量存储部件，并且所述负载包括第二能量存储部件。
9.根据权利要求8所述的电路，其中所述第二能量存储部件包括电感器。
10.根据权利要求8所述的电路，其中所述第二能量存储部件包括电磁线圈，所述电磁线圈是单匝电磁线圈或分段电磁线圈。
11.根据权利要求10所述的电路，其中所述电磁线圈具有在1微亨到100微亨范围内的电感值。
12.根据权利要求8所述的电路，其中所述第一能量存储部件包括第一电容器，并且所述第二能量存储部件包括第二电容器。
13.根据权利要求8至12中的任一项所述的电路，其中所述第二电路路径包含第三能量存储部件。
14.根据权利要求13所述的电路，其中所述第三能量存储部件是所述第二电路路径和所述第一电路路径共用的。
15.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一开关包括至少一个硅控制整流器。
16.根据权利要求15所述的电路，其还包括正向二极管，所述正向二极管与所述至少一个硅控制整流器串联连接并且被布置成：
17.根据权利要求16所述的电路，其中所述正向二极管在正向传导与反向阻断之间的第一关断时间短于所述至少一个硅控制整流器的第二关断时间。
18.根据权利要求15所述的电路，其还包括：
19.根据权利要求1所述的电路，其中所述第二开关包括至少一个硅控制整流器。
20.根据权利要求1所述的电路，其中所述能量存储部件是第一能量存储部件，所述电路还包括：
21.根据权利要求1所述的电路，其还包括第三开关，所述第三开关连接在第三电路路径中以可逆地绕过所述第一能量存储部件并使所述正向电流在环路中循环通过至少所述第一开关、所述负载和所述第三开关达某一时间间隔以形成具有大致平坦顶部的电流脉冲。
22.根据权利要求1所述的电路，其中所述能量存储部件是第一能量存储部件，所述电路还包括第二能量存储部件，所述第二能量存储部件用以从所述负载接收所述正向电流并且在所述第二开关达到所述第一状态之前临时存储从所述负载返回的能量。
23.一种从在重复循环下操作的系统中的负载回收能量的方法，所述方法包括：
24.根据权利要求23所述的方法，其中：
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一量的能量...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·W·戴维斯，D·基特利，C·J·皮尔，J·M·皮尔，P·N·雷那蒂，V·雷那蒂，
申请(专利权)人：氦核能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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