CN105119517A - 多个等离子体合成射流激励器同步放电的高压脉冲电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多个等离子体合成射流激励器同步放电的高压脉冲电源，包括：主电路模块，用于产生多路同步负极性高压脉冲；控制电路模块，用于产生IGBT开关驱动信号；供电模块，为主电路模块和控制电路模块供电；保护电路模块，保护主电路模块中的晶闸管开关和控制电路模块中的IGBT开关；供电模块分别与主电路模块和控制电路模块相连；保护电路模块分别与主电路模块和控制电路模块相连；控制电路模块和主电路模块相连。本发明的有益效果为：结构简单，结构紧凑；等离子体合成射流速度高，工作效率高；可同步输出多路10kV负极性高压脉冲对多个等离子体合成射流激励器进行同步激励，能使多个等离子体合成射流激励器同步放电，且单个等离子体合成射流激励器的放电电流超过100A。

Description

多个等离子体合成射流激励器同步放电的高压脉冲电源

技术领域

本发明涉及高压脉冲电源技术领域，具体而言，涉及一种面向多个等离子体合成射流激励器同步放电应用的负极性高压脉冲电源。

背景技术

流动控制可分为被动控制和主动控制两大类，主动控制是在流场中直接注入合适的扰动模式和能量，使其与***内流动发生某种相互作用实现控制，控制效果可根据实际工况进行自适应调节。合成射流作为一种全新的主动流动控制技术，无需气源供应***，结构简单、响应快、工作频带宽和零质量流率等特点，在流动控制领域具有广泛应用。随着等离子体技术的飞速发展，等离子体合成射流技术在高速流场控制中有着极大的优势。

目前，产生等离子体合成射流的电源主要有以下几种：

法国宇航局研制了两种脉冲变压器型电感储能型和电容储能型的电源，将其应用于等离子体合成射流实验，实验发现：在间距为1.2mm的条件下，放电电压约为4.7kV，电感储能型电源的放电电流约为30A，电容储能型电源的放电电流约为250A(BelingerA,HardyP,BarricauP,etal.Influenceoftheenergydissipationrateinthedischargeofaplasmasyntheticjetactuator[J].JournalofPhysicsD:AppliedPhysics,2011,44(36):365201.)。其设计的电源在高压侧串联有限流电阻，这会使得电源的重复频率低、能量转换效率低。

德克萨斯大学研制了一套面向等离子体合成射流应用的激励源，该激励源包括高压直流电源、储能电容、限流电阻、MOSFET开关等器件。在5mm间距下，放电点电压约为2.2kV，放电电流约为3A(NarayanaswamyV,RajaLL,ClemensNT.Characterizationofahigh-frequencypulsed-plasmajetactuatorforsupersonicflowcontrol[J].AIAAjournal,2010,48(2):297-305)。该装置结构相对零散，功率较小，产生的等离子体合成射流速度较低。

国防科技大学利用直流源和脉冲源配合研究三电极等离子体合成射流特性，实验发现利用两种电源的配合可以明显降低等离子体合成射流激励器的击穿电压(WangL,XiaZ,LuoZ,etal.Three-ElectrodePlasmaSyntheticJetActuatorforHigh-SpeedFlowControl[J].AIAAJournal,2013,52(4):879-882.)。但利用两台电源的配合增加了装置的复杂性，不利于实际应用。

空军工程大学利用磁压缩式纳秒脉冲电源研究等离子体合成射流的气动特性，脉冲源的输出电压最大50kV，频率最大为5kHz，上升沿20ns-30ns，半高宽50ns，实验中放电电压约为4.7kV，放电电流为20A(贾敏,梁华,宋慧敏,等.纳秒脉冲等离子体合成射流的气动激励特性[J].高电压技术,2011,37(6):1493-1498.)。此类电源的放电电流较小，不利于等离子体合成射流激励器腔体的加热。

中国科学院电工研究所对多个等离子体合成射流激励器同步放电进行了研究，专利(申请号2015100580904)公开了多个等离子体合成射流激励器同步放电的装置及方法，其装置包括多个高压模块，通过开关同步触发技术对多个等离子体合成射流激励器进行同步激励，使多个激励器同步放电，但是这种装置采用多个高压模块，增加了装置的复杂性。

综上所述，国内外大多是在研究单个等离子体合成射流激励器的特性，而且使用的电源装置也存在许多缺点。不能使多个等离子体合成射流激励器同步放电，装置结构复杂，结构不紧凑，放电电流小，等离子体合成射流速度低，工作效率低。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种使多个等离子体合成射流激励器同步放电的高压脉冲电源，该电源可同步输出多路10kV负极性高压脉冲对多个等离子体合成射流激励器进行同步激励，能够使多个等离子体合成射流激励器同步放电，且单个等离子体合成射流激励器的放电电流超过100A。

本发明提供了一种多个等离子体合成射流激励器同步放电的高压脉冲电源，包括：

主电路模块，其分别与控制电路模块、供电模块和保护电路模块连接，所述主电路模块用于产生多路同步负极性高压脉冲；

控制电路模块，其分别与所述主电路模块、所述供电模块和保护电路模块连接，所述控制电路模块用于产生IGBT开关驱动信号；

供电模块，其分别与所述主电路模块和所述控制电路模块连接，所述供电模块为所述主电路模块和所述控制电路模块供电；

保护电路模块，其分别与所述主电路模块和所述控制电路模块连接，所述保护电路模块保护所述主电路模块中的晶闸管开关和所述控制电路模块中的IGBT开关。

作为本发明进一步的改进，所述主电路模块包括调压电路、升压电路、整流电路、充电电路、开关电路、负载；

所述调压电路的一端与所述升压电路的一端相连，所述升压电路的另一端与所述整流电路的一端相连，所述整流电路的另一端与所述充电电路的一端相连，所述充电电路的另一端与所述开关电路的一端相连，所述开关电路的另一端与所述负载相连。

作为本发明进一步的改进，

所述调压电路为第一交流调压器，对220V交流市电进行调压，实现电压可调；

所述升压电路为升压变压器，对所述第一交流调压器的输出电压进行升压；

所述整流电路由四只高压整流二极管、第一限流电阻和第一储能电容组成，第一整流二极管、第二整流二极管、第三整流二极管和第四整流二极管构成整流桥，所述整流桥的输入端与所述升压变压器的输出端相连，所述升压变压器的输出端经所述第一限流电阻与所述第一储能电容的两端相连，对所述升压变压器输出的交流电压进行整流，经所述第一限流电阻给所述第一储能电容充电，将交流电压变为直流电压；

所述充电电路由限流电感、隔离二极管、多个放电电容和多只续流二极管组成，所述第一储能电容的一端与所述限流电感的一端相连，所述限流电感、所述隔离二极管、多个放电电容、多只续流二极管串联连接，每只续流二极管的一端与所述储能电容的另一端相连并接大地，多个放电电容与多只续流二极管串联构成的支路并联连接；

所述开关电路由电感、十一只晶闸管开关、十一只续流二极管、十一组静态均压电阻构成的静态均压电路和十一组动态均压电阻、十一组动态均压电容串联构成的动态均压电路组成；在单组晶闸管***电路中，单组晶闸管驱动电路与单组静态均压电路、单组动态均压电路并联连接；十一组晶闸管***电路串联连接组成晶闸管串联式高压开关，所述高压开关的一端与所述电感的一端相连，所述电感另的一端与所述隔离二极管的阴极相连，所述高压开关的另一端与第一储能电容的一端相连，控制多个放电电容的工作状态；

所述负载由多个等离子体合成射流激励器、多只限流二极管组成，单个等离子体合成射流激励器由腔体、带孔盖及穿过腔体两根相对的间距可调节的钨针电极构成，单个等离子体合成射流激励器的一端与单只限流二极管的阳极相连，单只限流二极管的阴极与单个放电电容的一端相连，等离子体合成射流激励器的另一端与所述第一储能电容的接地端相连，多个放电电容、多只续流二极管、多只限流二极管、多个等离子体合成射流激励器的连接方式与上述连接一致。

作为本发明进一步的改进，所述主电路模块的开关保护电路为吸收电阻与吸收电容串联的RC电路，其与高压晶闸管开关并联，吸收高压晶闸管开关在开通及关断时产生的电压尖峰。

作为本发明进一步的改进，所述控制电路模块包括脉冲发生器模块和开关驱动电路，所述脉冲发生器模块的一端与所述开关驱动电路的一端相连，所述开关驱动电路的另一端与所述主电路模块中开关电路的一端相连，所述控制电路模块中脉冲发生器模块产生控制信号经所述开关驱动电路控制所述主电路模块的开关电路中晶闸管开关的开通与关断。

作为本发明进一步的改进，

所述脉冲发生器模块由脉冲发生器和电-光转换板组成，所述脉冲发生器的输出端与所述电-光转换板相连；所述脉冲发生器由键盘、显示屏、ARM芯片，所述ARM芯片的输出端与所述键盘、所述显示屏相连，经键盘输入、ARM芯片处理、功率放大、电-光转换、显示屏显示，提供脉宽、频率、脉冲个数可调的光信号；所述电-光转换板将电信号转换为光信号，将高压输出电路与控制电路分离开，防止电磁信号对控制电路的干扰，避免高压开关误触发；

所述开关驱动电路由整流模块、第二储能电容、IGBT开关、IGBT开关驱动模块、光-电转换板、十一路隔离脉冲变压器、十一个分压电阻、十一个限流电阻、十一只续流二极管、十一只限流二极管组成，所述整流模块由四个整流二极管组成；交流市电与所述整流模块的输入端相连，所述整流模块的输出端与所述第二储能电容的输入端相连，产生稳定的直流电压；所述IGBT开关的触发极与所述IGBT驱动模块的输出端相连接，所述IGBT开关驱动模块的输入端与所述光-电转换板的输出端相连，所述光-电转换板与所述电-光转换板相连，控制所述IGBT开关的开通与关断；所述IGBT开关的一端与所述十一路隔离脉冲变压器的原边相连，单个隔离脉冲变压器的副边与单个分压电阻的一端相连，单个分压电阻的另一端与单个晶闸管开关触发极阴极相连，单个限流电阻的另一端与单只限流二极管的阳极相连，单个限流二极管的阴极与单个晶闸管触发极阳极相连，单个分压电阻与单只续流二极管并连，单个分压电阻的一端与单个限流二极管的阳极相连，单个分压电阻的另一端与单个晶闸管开关的触发极阴极相连，十一路隔离脉冲变压器副边的连接方式与上述连接一致，提供电压、电流达到晶闸管开关驱动要求的十一路同步驱动信号。

作为本发明进一步的改进，所述控制电路模块的开关保护电路为吸收电阻与续流二极管并联、再与吸收电容串联的RCD电路，其与IGBT开关并联，吸收IGBT开关在开通及关断时产生的电压尖峰。

作为本发明进一步的改进，所述供电模块包括供电电路，所述供电电路的一端分别与所述主电路模块中调压电路一端、所述控制电路模块中脉冲发生器模块的一端、所述控制电路模块中开关驱动电路的一端相连，所述供电电路为所述主电路模块提供220V交流电压，为所述控制电路模块的开关驱动电路提供220V交流电压，为所述控制电路模块的脉冲发生器模块提供5V直流电压。

作为本发明进一步的改进，所述保护电路模块包括开关保护电路，所述开关保护电路分别与所述主电路模块中开关电路、所述控制电路模块中开关驱动电路相连，所述开关保护电路为所述主电路模块中开关电路的晶闸管开关提供保护，为所述控制电路模块中开关驱动电路的IGBT开关提供保护。

本发明的有益效果为：

1、结构简单，结构紧凑；

2、可同步输出多路10kV负极性高压脉冲对多个等离子体合成射流激励器进行同步激励，能使多个等离子体合成射流激励器同步放电，且单个等离子体合成射流激励器的放电电流超过100A。

3、等离子体合成射流速度高，工作效率高。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种多个等离子体合成射流激励器同步放电的高压脉冲电源的***框图；

图2为图1中主电路模块的具体实施电路图；

图3为图1中控制电路模块的具体实施电路图。

图中，

100、主电路模块；101、调压电路；102、升压电路；103、整流电路；104、充电电路；105、开关电路；106、负载；110、控制电路模块；111、开关驱动电路；112、脉冲发生器模块；120、供电模块；121、供电电路；130、保护电路模块；131、开关保护电路；200、第一工频市电；201、第一交流调压器；202、升压变压器；203、第一整流二极管；204、第二整流二极管；205、第三整流二极管；206、第四整流二极管；207、第一限流电阻；208、第一储能电容；209、限流电感；210、隔离二极管；211、电感；212、第一晶闸管驱动电路；213、第二晶闸管驱动电路；214、第十一晶闸管驱动电路；215、第一晶闸管开关；220、第二晶闸管开关；225、第十一晶闸管开关；216、第一续流二极管；221、第二续流二极管；226、第十一续流二极管；217、第一静态均压电阻；222、第二静态均压电阻；227、第十一静态均压电阻；218、第一动态均压电容；223、第二动态均压电容；228、第十一动态均压电容；219、第一动态均压电阻；224、第二动态均压电阻；229、第十一动态均压电阻；230、第一吸收电容；231、第一吸收电阻；232、第一放电电容；236、第二放电电容；240、第三放电电容；233、第一限流二极管；237、第二限流二极管；241、第三限流二极管；234、第一等离子体合成射流激励器；238、第二等离子体合成射流激励器；242、第三等离子体合成射流激励器；235、第十二续流二极管；239、第十三续流二极管；243、第十四续流二极管；244、大地；300、第二工频市电；301、第二交流调压器；302、第五整流二极管；303、第六整流二极管；304、第七整流二极管；305、第八整流二极管；306、第二限流电阻；307、第二储能电容；308、第二吸收电阻；309、第二吸收电容；310、第十五续流二极管；311、IGBT开关；312、IGBT开关驱动模块；313、光-电转换模块；314、电-光转换模块；315、脉冲发生器；316、十一路隔离脉冲变压器；317、第三限流电阻；322、第四限流电阻；327、第十三限流电阻；318、第一分压电阻；323、第二分压电阻；328、第十一分压电阻；320、第十六续流二极管；325、第十七续流二极管；330、第二十六续流二极管；319、第四限流二极管；324、第五限流二极管；329、第十四限流二极管。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

如图1所示，本发明实施例所述的一种多个等离子体合成射流激励器同步放电的高压脉冲电源，包括主电路模块100、控制电路模块110、供电模块120及保护电路模块130。供电模块120分别与主电路模块100和控制电路模块110相连，保护电路模块130分别与主电路模块100和控制电路模块110相连，控制电路模块110和主电路模块100相连。

其中，

主电路模块100包括调压电路101、升压电路102、整流电路103、充电电路104、开关电路105、负载106，用于产生多路同步负极性高压脉冲。调压电路101的一端与升压电路102的一端相连，升压电路102的另一端与整流电路103的一端相连，整流电路103的另一端与充电电路104的一端相连，充电电路104的另一端与开关电路105的一端相连，开关电路105的另一端与负载106相连。

控制电路模块110包括脉冲发生器模块112和开关驱动电路111，用于产生IGBT开关驱动信号。脉冲发生器模块112的一端与开关驱动电路111的一端相连，开关驱动电路111的另一端与主电路模块100中开关电路105的一端相连，控制电路模块110中脉冲发生器模块112产生控制信号经开关驱动电路111控制主电路模块100的开关电路105中晶闸管开关的开通与关断。

供电模块120包括供电电路121，为主电路模块100和控制电路模块110供电。供电电路121的一端分别与主电路模块100中调压电路101一端、控制电路模块110中脉冲发生器模块112的一端、控制电路模块110中开关驱动电路111的一端相连，供电电路121为主电路模块100提供220V交流电压，为控制电路模块110的开关驱动电路111提供220V交流电压，为控制电路模块110的脉冲发生器模块112提供5V直流电压。

保护电路模块130包括开关保护电路131，保护主电路模块100和控制电路模块110中的开关。开关保护电路131分别与主电路模块100中开关电路105、控制电路模块110中开关驱动电路111相连，开关保护电路131为主电路模块100中开关电路105的晶闸管开关提供保护，为控制电路模块110中开关驱动电路111的IGBT开关提供保护。

如图2所示，为主电路模块100的具体实施电路图。以三个等离子体合成射流激励器同步放电为例进行说明。220V交流市电经过主电路模块100中的调压电路101调压、升压电路102升压、整流电路103整流后变为高压直流电，再依次经过充电电路104、开关电路105变为负极性高压脉冲加到负载106上。

调压电路101由第一交流调压器201组成，对220V交流市电进行调压，实现电压可调。

升压电路102由升压变压器202组成，对第一交流调压器201的输出电压进行升压。升压变压器202的输出端经第一限流电阻207与第一储能电容208的两端相连，对升压变压器202输出的交流电压进行整流，经第一限流电阻207给第一储能电容208充电，将交流电压变为直流电压。

整流电路103由四只高压整流二极管203、204、205、206、第一限流电阻207和第一储能电容208组成，第一整流二极管203、第二整流二极管204、第三整流二极管205和第四整流二极管206构成整流桥。

充电电路104由限流电感209、隔离二极管210、三个放电电容232、236、240和三只续流二极管235、239、243组成。第一储能电容208的一端与限流电感209的一端相连，限流电感209、隔离二极管210、三个放电电容232、236、240、三只续流二极管235、239、243串联连接，三只续流二极管235、239、243的一端与第一储能电容208的另一端相连并接大地244，三个放电电容232、236、240与三只续流二极管235、239、243串联构成的支路并联连接。

开关电路105由电感211、十一只晶闸管开关、十一只续流二极管、十一组静态均压电阻构成的静态均压电路和十一组动态均压电阻、十一组动态均压电容串联构成的动态均压电路组成。在单组晶闸管***电路中，单组晶闸管驱动电路与单组静态均压电路、单组动态均压电路并联连接。十一组晶闸管***电路串联连接组成晶闸管串联式高压开关，高压开关的一端与电感211的一端相连，电感211另的一端与隔离二极管210的阴极相连，高压开关的另一端与第一储能电容208的一端相连，控制三个放电电容232、236、240的工作状态。

负载106由三个等离子体合成射流激励器234、238、242、三只限流二极管233、237、241组成，等离子体合成射流激励器由腔体、带孔盖及穿过腔体两根相对的间距可调节的钨针电极构成。单个等离子体合成射流激励器的一端与单只限流二极管的阳极相连，单只限流二极管的阴极与单个放电电容的一端相连，等离子体合成射流激励器的另一端与第一储能电容的接地端相连，多个放电电容、多只续流二极管、多只限流二极管、多个等离子体合成射流激励器的连接方式与上述连接一致。

具体的连接为：第一工频市电200与第一交流调压器201的输入端相连，第一交流调压器201的输出端与升压变压器202的输入端相连，升压变压器202的输出端与整流桥的输入端相连，整流桥的一端与第一限流电阻207的一端相连，整流桥的另一端与第一储能电容208的一端相连，第一储能电容208的另一端与第一限流电阻207的另一端、限流电感209的一端相连，限流电感209的另一端与隔离二极管210的阳极相连，隔离二极管210的阴极与电感211、第一放电电容232的一端、第二放电电容236的一端、第三放电电容240的一端相连，电感211的另一端与第一晶闸管开关215的阳极、第一续流二极管216的阴极、第一静态均压电阻217的一端、第一动态均压电容218的一端、第一吸收电容230的一端相连，第一动态均压电容218的另一端与第一动态均压电阻219的一端相连，第一吸收电容230的另一端与第一吸收电阻231的一端相连，十一只晶闸管开关为串联连接，十一只续流二极管为串联连接，十一个静态均压电阻为串联连接，十一个动态均压电容、十一动态均压电阻为串联连接，第十一晶闸管开关225的阴极、第十一续流二极管226的阳极、第十一静态均压电阻227的另一端、第十一动态均压电阻229的另一端、第一吸收电阻231的另一端与第一储能电容208的一端相连，第一放电电容232的另一端、第二放电电容236的另一端、第三放电电容240的另一端分别与第一限流二极管233的阴极、第二限流二极管237的阴极、第三限流二极管241的阴极、第十二续流二极管235的阳极、第十三续流二极管239的阳极、第十四续流二极管243的阳极分别相连，第一限流二极管233的阳极、第二限流二极管237的阳极、第三限流二极管241的阳极分别与等离子体合成射流激励器234的一端、第二等离子体合成射流激励器238的一端、第三等离子体合成射流激励器242的一端相连，第一等离子体合成射流激励器234的另一端、第二等离子体合成射流激励器238的另一端、第三等离子体合成射流激励器242的另一端分别与第十二续流二极管235的阴极、第十三续流二极管239的阴极、第十四续流二极管243的阴极、第一储能电容208的一端、大地244相连，第一晶闸管驱动电路212的输出端、第二晶闸管驱动电路213的输出端、第十一晶闸管驱动电路214的输出端分别与第一晶闸管开关215的触发极、第二晶闸管开关220的触发极、第十一晶闸管开关225的触发极相连。

如图3所示，为控制电路模块110的具体实施电路图。控制电路模块110包括脉冲发生器模块112和开关驱动电路111，脉冲发生器模块112的一端与开关驱动电路111的一端相连，开关驱动电路111的另一端与主电路模块100中开关电路105的一端相连，脉冲发生器模块112产生控制信号经开关驱动电路111控制开关电路105中晶闸管开关的开通与关断。

脉冲发生器模块112由脉冲发生器315和电光转换板314组成，脉冲发生器315的输出端与电-光转换板314相连。脉冲发生器315由键盘、显示屏、ARM芯片，ARM芯片的输出端与键盘、显示屏相连。经键盘输入、ARM芯片处理、功率放大、电-光转换、显示屏显示，提供脉宽、频率、脉冲个数可调的光信号。电-光转换板314将电信号转换为光信号，将高压输出电路与控制电路分离开，防止电磁信号对控制电路的干扰，避免高压开关误触发。

开关驱动电路111由整流模块、第二储能电容307、IGBT开关311、IGBT开关驱动模块312、光-电转换板313、十一路隔离脉冲变压器316、十一个分压电阻、十一个限流电阻、十一只续流二极管、十一只限流二极管组成。整流模块由四个整流二极管302、303、304、305组成。交流市电与整流模块的输入端相连，整流模块的输出端与第二储能电容307的输入端相连，产生稳定的直流电压。IGBT开关311的触发极与IGBT驱动模块312的输出端相连接，IGBT开关驱动模块312的输入端与光-电转换板313的输出端相连，光-电转换板313与脉冲发生器315中的电-光转换板314相连，控制IGBT开关311的开通与关断。IGBT开关311的一端与十一路隔离脉冲变压器316的原边相连，单个隔离脉冲变压器的副边与单个分压电阻的一端相连，单个分压电阻的另一端与单个晶闸管开关触发极阴极相连，单个限流电阻的另一端与单只限流二极管的阳极相连，单个限流二极管的阴极与单个晶闸管触发极阳极相连，单个分压电阻与单只续流二极管并连，单个分压电阻的一端与单个限流二极管的阳极相连，单个分压电阻的另一端与单个晶闸管开关的触发极阴极相连，十一路隔离脉冲变压器副边的连接方式与上述连接一致，提供电压、电流达到晶闸管开关驱动要求的十一路同步驱动信号。

具体的连接为：第二工频市电300与第二交流调压器301的输入端相连，第二交流调压器301的输出端与四只整流二极管302、303、304、305组成的整流模块的输入端相连，整流模块的一端与第二限流电阻306的一端相连，整流模块的另一端与第二储能电容307的一端相连，第二储能电容307的另一端与第二限流电阻306的另一端、IGBT开关311的集电极、第二吸收电阻308的一端、第十五续流二极管310的阳极相连，第二吸收电阻308的另一端、第十五续流二极管310的阴极与第二吸收电容309的一端相连，IGBT开关311的发射极与十一路隔离脉冲变压器316原边的一端、第二吸收电容309的另一端相连，十一路隔离脉冲变压器316原边的另一端与第二储能电容307的一端相连，脉冲发生器315的输出端与电-光转换模块314的输入端相连，电-光转换模块314的输出端与光-电转换模块313的输入端相连，光-电转换模块313的输出端与IGBT驱动模块312的输入端相连，IGBT驱动模块312的输出端与IGBT开关311的门极相连，十一路隔离脉冲变压器316副边的一端分别与第三限流电阻317的一端、第四限流电阻322的一端、第十三限流电阻327的一端相连，十一路隔离脉冲变压器316副边的另一端分别与第一分压电阻318的一端、第二分压电阻323的一端、第十一分压电阻328的一端、第十六续流二极管320的阳极、第十七续流二极管325的阳极、第二十六续流二极管330的阳极、第一晶闸管开关215的触发阴极、第二晶闸管开关220的触发阴极、第十一晶闸管开关225的触发阴极相连，第三限流电阻317的另一端、第四限流电阻322的另一端、第十三限流电阻327的另一端分别与第一分压电阻318的另一端、第二分压电阻323的另一端、第十一分压电阻328的另一端、第十六续流二极管320的阴极、第十七续流二极管325的阴极、第二十六续流二极管330的阴极、限流二极管319、324、329的阳极相连，第四限流二极管319的阴极、第五限流二极管324的阴极、第十四限流二极管329的阴极分别与第一晶闸管开关215的触发阳极、第二晶闸管开关220的触发阳极、第十一晶闸管开关225的触发阳极相连。

结合图2、图3说明本发明的工作过程。图2中第一工频市电200经过第一交流调压器201调压、升压变压器202升压变为高压交流电，高压交流电经过第一整流二极管203、第二整流二极管204、第三整流二极管205、第四整流二极管206、变为高压直流电，经过第一限流电阻207给第一储能电容208充电，第一限流电阻207的作用是保护第一交流调压器201、升压变压器202及第一整流二极管203、第二整流二极管204、第三整流二极管205、第四整流二极管206，第一储能电容208经过限流电感209、隔离二极管210、第一放电电容232、第二放电电容236、第三放电电容240、第十二续流二极管235、第十三续流二极管239、第十四续流二极管243分别给第一放电电容232、第二放电电容236、第三放电电容240充电。同理，图3中第二工频市电300经过第二交流调压器301调压、第五整流二极管302、第六整流二极管303、第七整流二极管304、第八整流二极管305整流变为22V直流电压，22V直流电压经过第二限流电阻306给第二储能电容307充电，第二限流电阻306的作用是保护第二交流调压器301、第五整流二极管302、第六整流二极管303、第七整流二极管304、第八整流二极管305。当脉冲发生器315产生所需脉冲信号时，脉冲信号由ARM芯片输出，经电-光转换模块314将电信号转换为光信号，光信号传导至光-电装换模块313时，光信号转换为电信号输入到IGBT开关驱动模块312，IGBT开关驱动模块312将驱动信号输入到IGBT开关311的门极，IGBT开关311导通，第二储能电容307在十一路隔离脉冲变压器316的原边产生低压信号，经过十一路隔离脉冲变压器316的升压，在十一路隔离脉冲变压器316的副边产生十一路同步驱动信号，经过第三限流电阻317、第四限流电阻322、第十三限流电阻327限流，第一分压电阻318、第二分压电阻323、第十一分压电阻328、分压后产生十一路电压、电流幅值满足十一只晶闸管开关触发要求的同步触发信号，经第十六续流二极管320、第十七续流二极管325、第二十六续流二极管330去除反压，第四限流二极管319、第五限流二极管324、第十四限流二极管329去除反向电流后，得到波形较好的十一路同步触发信号，IGBT开关311的两端并联有第十五续流二极管310、第二吸收电阻308、第二吸收电容309，作用是吸收IGBT开关311开通、关断时产生的尖峰电压，十一路同步触发信号分别与主电路模块110中十一只晶闸管开关触发阴极和触发阳极相连，使主电路模块110中十一只晶闸管开关同时导通。第一放电电容232、第二放电电容236、第三放电电容240将三路同步的10kV负极性高压分别加在第一等离子体合成射流激励器234、第二等离子体合成射流激励器238、第三等离子体合成射流激励器242、两端，分别通过电感211、串联的十一只晶闸管开关、第一等离子体合成射流激励器234、第二等离子体合成射流激励器238、第三等离子体合成射流激励器242、第一限流二极管233、第二限流二极管237、第三限流二极管241放电，产生三路同步的等离子体合成射流。第一限流二极管233、第二限流二极管237、第三限流二极管241的作用为只允许正向放电电流通过；第十二续流二极管235、第十三续流二极管239、第十四续流二极管243一方面为第一放电电容232、第二放电电容236、第三放电电容240充电提供回路，另一方面为放电的反向电流提供续流通道；电感211的作用是调节电路的放电参数；第一静态均压电阻217、第二静态均压电阻222、第十一静态均压电阻227的作用是保证晶闸管串联开关在阻断时承受的电压一致，避免某只晶闸管开关因过压而烧毁；第一动态均压电容218、第二动态均压电容223、第十一动态均压电容228和第一动态均压电阻219、第二动态均压电阻224、第十一动态均压电阻229的作用是保证晶闸管串联开关在导通及关断时承受的电压一致，避免某只晶闸管开关因过压而烧毁；限流电感209的作用是保证串联的晶闸管开关能够正常的开通关断；隔离二极管210的作用是防止后级电路产生的反向电流影响前级。第一等离子体合成射流激励器234、第二等离子体合成射流激励器238、第三等离子体合成射流激励器242同时工作产生的正向电流通过串联的十一只晶闸管开关，反向电流通过第一续流二极管216、第二续流二极管221、第十一续流二极管226，第一续流二极管216、第二续流二极管221、第十一续流二极管226的主要作用时保证串联晶闸管开关可靠关断，第一吸收电容230和第一吸收电阻231的作用为吸收串联晶闸管开关在开通及关断时产生的尖峰电压。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多个等离子体合成射流激励器同步放电的高压脉冲电源，其特征在于，包括：

主电路模块(100)，其分别与控制电路模块(110)、供电模块(120)和保护电路模块(130)连接，所述主电路模块(100)用于产生多路同步负极性高压脉冲；

控制电路模块(110)，其分别与所述主电路模块(100)、所述供电模块(120)和保护电路模块(130)连接，所述控制电路模块(110)用于产生IGBT开关驱动信号；

供电模块(120)，其分别与所述主电路模块(100)和所述控制电路模块(110)连接，所述供电模块(120)为所述主电路模块(100)和所述控制电路模块(110)供电；

保护电路模块(130)，其分别与所述主电路模块(100)和所述控制电路模块(110)连接，所述保护电路模块(130)保护所述主电路模块(100)中的晶闸管开关和所述控制电路模块(110)中的IGBT开关。

2.根据权利要求1所述的高压脉冲电源，其特征在于，所述主电路模块(100)包括调压电路(101)、升压电路(102)、整流电路(103)、充电电路(104)、开关电路(105)、负载(106)；

所述调压电路(101)的一端与所述升压电路(102)的一端相连，所述升压电路(102)的另一端与所述整流电路(103)的一端相连，所述整流电路(103)的另一端与所述充电电路(104)的一端相连，所述充电电路(104)的另一端与所述开关电路(105)的一端相连，所述开关电路(105)的另一端与所述负载(106)相连。

3.根据权利要求2所述的高压脉冲电源，其特征在于，

所述调压电路(101)为第一交流调压器(201)，对220V交流市电进行调压，实现电压可调；

所述升压电路(102)为升压变压器(202)，对所述第一交流调压器(201)的输出电压进行升压；

所述整流电路(103)由四只高压整流二极管(203)、(204)、(205)、(206)、第一限流电阻(207)和第一储能电容(208)组成，第一整流二极管(203)、第二整流二极管(204)、第三整流二极管(205)和第四整流二极管(206)构成整流桥，所述整流桥的输入端与所述升压变压器(202)的输出端相连，所述升压变压器(202)的输出端经所述第一限流电阻(207)与所述第一储能电容(208)的两端相连，对所述升压变压器(202)输出的交流电压进行整流，经所述第一限流电阻(207)给所述第一储能电容(208)充电，将交流电压变为直流电压；

所述充电电路(104)由限流电感(209)、隔离二极管(210)、多个放电电容和多只续流二极管组成，所述第一储能电容(208)的一端与所述限流电感(209)的一端相连，所述限流电感(209)、所述隔离二极管(210)、多个放电电容、多只续流二极管串联连接，每只续流二极管的一端与所述储能电容(208)的另一端相连并接大地(244)，多个放电电容与多只续流二极管串联构成的支路并联连接；

所述开关电路(105)由电感(211)、十一只晶闸管开关、十一只续流二极管、十一组静态均压电阻构成的静态均压电路和十一组动态均压电阻、十一组动态均压电容串联构成的动态均压电路组成；在单组晶闸管***电路中，单组晶闸管驱动电路与单组静态均压电路、单组动态均压电路并联连接；十一组晶闸管***电路串联连接组成晶闸管串联式高压开关，所述高压开关的一端与所述电感(211)的一端相连，所述电感(211)另的一端与所述隔离二极管(210)的阴极相连，所述高压开关的另一端与第一储能电容(208)的一端相连，控制多个放电电容的工作状态；

所述负载(106)由多个等离子体合成射流激励器、多只限流二极管组成，单个等离子体合成射流激励器由腔体、带孔盖及穿过腔体两根相对的间距可调节的钨针电极构成，单个等离子体合成射流激励器的一端与单只限流二极管的阳极相连，单只限流二极管的阴极与单个放电电容的一端相连，等离子体合成射流激励器的另一端与所述第一储能电容(208)的接地端相连，多个放电电容、多只续流二极管、多只限流二极管、多个等离子体合成射流激励器的连接方式与上述连接一致。

4.根据权利要求3所述的高压脉冲电源，其特征在于，所述主电路模块(100)的开关保护电路为吸收电阻与吸收电容串联的RC电路，其与高压晶闸管开关并联，吸收高压晶闸管开关在开通及关断时产生的电压尖峰。

5.根据权利要求1所述的高压脉冲电源，其特征在于，所述控制电路模块(110)包括脉冲发生器模块(112)和开关驱动电路(111)，所述脉冲发生器模块(112)的一端与所述开关驱动电路(111)的一端相连，所述开关驱动电路(111)的另一端与所述主电路模块(100)中开关电路(105)的一端相连，所述控制电路模块(110)中脉冲发生器模块(112)产生控制信号经所述开关驱动电路(111)控制所述主电路模块(100)的开关电路(105)中晶闸管开关的开通与关断。

6.根据权利要求5所述的高压脉冲电源，其特征在于，

所述脉冲发生器模块(112)由脉冲发生器(315)和电-光转换板(314)组成，所述脉冲发生器(315)的输出端与所述电-光转换板(314)相连；所述脉冲发生器(315)由键盘、显示屏、ARM芯片，所述ARM芯片的输出端与所述键盘、所述显示屏相连，经键盘输入、ARM芯片处理、功率放大、电-光转换、显示屏显示，提供脉宽、频率、脉冲个数可调的光信号；所述电-光转换板(314)将电信号转换为光信号，将高压输出电路与控制电路分离开，防止电磁信号对控制电路的干扰，避免高压开关误触发；

所述开关驱动电路(111)由整流模块、第二储能电容(307)、IGBT开关(311)、IGBT开关驱动模块(312)、光-电转换板(313)、十一路隔离脉冲变压器(316)、十一个分压电阻、十一个限流电阻、十一只续流二极管、十一只限流二极管组成，所述整流模块由四个整流二极管(302)、(303)、(304)、(305)组成；交流市电与所述整流模块的输入端相连，所述整流模块的输出端与所述第二储能电容(307)的输入端相连，产生稳定的直流电压；所述IGBT开关(311)的触发极与所述IGBT驱动模块(312)的输出端相连接，所述IGBT开关驱动模块(312)的输入端与所述光-电转换板(313)的输出端相连，所述光-电转换板(313)与所述电-光转换板(314)相连，控制所述IGBT开关(311)的开通与关断；所述IGBT开关(311)的一端与所述十一路隔离脉冲变压器(316)的原边相连，单个隔离脉冲变压器的副边与单个分压电阻的一端相连，单个分压电阻的另一端与单个晶闸管开关触发极阴极相连，单个限流电阻的另一端与单只限流二极管的阳极相连，单个限流二极管的阴极与单个晶闸管触发极阳极相连，单个分压电阻与单只续流二极管并连，单个分压电阻的一端与单个限流二极管的阳极相连，单个分压电阻的另一端与单个晶闸管开关的触发极阴极相连，十一路隔离脉冲变压器副边的连接方式与上述连接一致，提供电压、电流达到晶闸管开关驱动要求的十一路同步驱动信号。

7.根据权利要求6所述的高压脉冲电源，其特征在于，所述控制电路模块(110)的开关保护电路为吸收电阻与续流二极管并联、再与吸收电容串联的RCD电路，其与IGBT开关并联，吸收IGBT开关在开通及关断时产生的电压尖峰。

8.根据权利要求1所述的高压脉冲电源，其特征在于，所述供电模块(120)包括供电电路(121)，所述供电电路(121)的一端分别与所述主电路模块(100)中调压电路(101)一端、所述控制电路模块(110)中脉冲发生器模块(112)的一端、所述控制电路模块(110)中开关驱动电路(111)的一端相连，所述供电电路(121)为所述主电路模块(100)提供220V交流电压，为所述控制电路模块(110)的开关驱动电路(111)提供220V交流电压，为所述控制电路模块(110)的脉冲发生器模块(112)提供5V直流电压。

9.根据权利要求1所述的高压脉冲电源，其特征在于，所述保护电路模块(130)包括开关保护电路(131)，所述开关保护电路(131)分别与所述主电路模块(100)中开关电路(105)、所述控制电路模块(110)中开关驱动电路(111)相连，所述开关保护电路(131)为所述主电路模块(100)中开关电路(105)的晶闸管开关提供保护，为所述控制电路模块(110)中开关驱动电路(111)的IGBT开关提供保护。