CN109980983A - 一种改良型脉冲高压电源的电源模块 - Google Patents

一种改良型脉冲高压电源的电源模块 Download PDF

Info

Publication number
CN109980983A
CN109980983A CN201711446280.9A CN201711446280A CN109980983A CN 109980983 A CN109980983 A CN 109980983A CN 201711446280 A CN201711446280 A CN 201711446280A CN 109980983 A CN109980983 A CN 109980983A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
modified form
power module
high voltage
inductance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711446280.9A
Other languages
English (en)
Inventor
宣伟民
李青
毛晓惠
周细文
章辉
曹亮亮
谈浩楠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Is With Electric Science And Technology Ltd Of Core
Southwestern Institute of Physics
Original Assignee
Jiangsu Is With Electric Science And Technology Ltd Of Core
Southwestern Institute of Physics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Is With Electric Science And Technology Ltd Of Core, Southwestern Institute of Physics filed Critical Jiangsu Is With Electric Science And Technology Ltd Of Core
Priority to CN201711446280.9A priority Critical patent/CN109980983A/zh
Publication of CN109980983A publication Critical patent/CN109980983A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
    • H03K3/57—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a semiconductor device

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

本发明属于电源模块，具体涉及一种改良型脉冲高压电源的电源模块。一种改良型脉冲高压电源的电源模块，其中，由三相不可控整流桥、直流母线电容、半桥IGBT模块、输出电感、缓冲吸收装置组成，其中输出电感和缓冲吸收装置设置在输出端。本发明的显著效果是：(1)本发明装置将高压输出电感分散到各种电源模块中，既可以抑制各模块间电压的不平衡度，又可降低电感的制作难度。(2)本发明装置在电路结构和控制算法上均作出改良，使得本装置可以输出高频高压的电压波形。(3)本发明装置采用改良型的电源模块，可最大程度的降低线间寄生电容对负载电极的冲击，从而可避免因此造成的电极损伤。

Description

一种改良型脉冲高压电源的电源模块
技术领域
本发明属于电源模块，具体涉及一种改良型脉冲高压电源的电源模块。
背景技术
在受控核聚变实验中，为了进一步提高实验参数，必须采用辅助加热***提高等离子体温度。辅助加热***采用速调管、回旋管和离子源，通过高功率微波和高能粒子对等离子体进行加热或驱动。这些设备的关键部件(速调管、回旋管和离子源)要求为其提供直流能量的高压电源具有良好的特性(如稳定性高、快速调节能力等)而且要求在它们发生打火现象时，保护时间短(通常小于10us)，且在保护时对关键部件释放的能量非常小，否则这些关键部件极易受到损坏。
目前常用于辅助加热***供电的高压脉冲电源其电气结构框图如图1所示。从图1中可看出该高压脉冲电源***由两个(或可根据负载需求增加单元数)PSM高压脉冲电源单元组成，每个高压脉冲电源单元包括多绕组隔离变压器、多组脉冲直流电源单元模块。脉冲直流电源单元模块的拓扑结构图如图2。
现有技术的缺点：现有的PSM电源***虽然能满足后端等离子负载的供电需求，但存在以下几点不足。
(1)现有PSM电源***杂散参数高，输出电压频率上升下降时间长，不能实现高频方波脉高压输出，满足不了核聚变相关实验的需要。
(2)现有PSM电源***的输出滤波装置的储能较大，而且当***发生故障时，由于缺少泄放回路，这些能量将通过负载泄放，这无疑会增加后端负载损坏的可能性。同时由于能量泄放不出去，会导致脉冲关断时刻电压值难以降至零(如图3所示)，会直接影响实验效果。
发明内容
本申请针对现有技术的缺陷，提供一种改良型脉冲高压电源的电源模块。
本申请是这样实现的：一种改良型脉冲高压电源的电源模块，其中，由三相不可控整流桥、直流母线电容、半桥IGBT模块、输出电感、缓冲吸收装置组成，其中输出电感和缓冲吸收装置设置在输出端。
如上所述的一种改良型脉冲高压电源的电源模块，其中，所述的输出电感和缓冲吸收装置形成并联，并联电路的一端设置在两个开关管之间，另一端作为整个电路的输入，两个开关管中的一个的自由端与电路的输出端相连接，另一个开关管的自由端作为整个电路的另一个输入端。
如上所述的一种改良型脉冲高压电源的电源模块，其中，将多个输出电感和缓冲吸收装置形成的并联电路并联，将所有设置在两个开关管之间的电路输入端连接，形成整个电路的输入端，将所有设置在开关管的自由端的输入端连接，形成整个电路的另一个输入端。
如上所述的一种改良型脉冲高压电源的电源模块，其中，将多个输出电感和缓冲吸收装置形成的并联电路并联，将一部分设置在两个开关管之间的电路输入端连接，形成整个电路的输入端，将另一部分设置在两个开关管之间的电路输入端连接，形成整个电路的另一个输入端。
本发明的显著效果是：(1)本发明装置将高压输出电感分散到各种电源模块中，既可以抑制各模块间电压的不平衡度，又可降低电感的制作难度。(2)本发明装置在电路结构和控制算法上均作出改良，使得本装置可以输出高频高压的电压波形。(3)本发明装置采用改良型的电源模块，可最大程度的降低线间寄生电容对负载电极的冲击，从而可避免因此造成的电极损伤。
附图说明
图1常用PSM高压脉冲电源框图
图2常见脉冲直流电源单元模块结构图
图3实际与期望的输出电压波形
图4改良型直流电源模块
图5电感放电回路示意图
图6寄生电容放电回路示意图
图7多组模块单元并联结构图
图8改良型直流电源模块的另一种实施方案。
具体实施方式
本发明脉冲电源装置的硬件主体结构与常用于辅助加热设备的高压脉冲电源相同，不同的是采用一种改良型的直流电源模块。该电源模块的拓扑图如图4所示。从图中可看该改良型直流电源模块由三相不可控整流桥、直流母线电容、半桥IGBT模块、输出电感、缓冲吸收装置(图中部件1)组成。对比图2所示电源模块结构，可发现本发明电源模块主要将斩波模块改良成半桥模块，并在输出端增加输出电感和缓冲吸收装置。在硬件上的这些改良措施，并辅以相应的控制策略是为了在电源关断期间能快速的将电压降低至零，使得本电源装置可输出较为理想的方波脉冲。下面简单介绍该电源模块在电压关断期间是如何将电压降低至零。
由于输出端两端线之间存在容值不可忽略的寄生电容，使得在装置关断时需将该电容上的能量释放出去，否则电压不会降低至零(如图3所示)，在下一个脉冲周期内给负载提供的能量将降低，最终会影响实验结果。本放电过程可分为电感放电和寄生电容放电这两种状态。当开关管S1断开时，部件1中的二极管和电阻将为电感提供泄放通道，将电感上多余的能量泄放掉，此刻电感两端电流方向如图5所示；待将电感上的能量放完之后，开始释放电容两端的能量。此时开关管S2打开，寄生电容通过电阻R、二极管D和开关管S2这一回路来释放其上的能量，直至电压降低至零，此时电流的方向如图6所示。
对于更高频率的电压波形输出，由于半导体器件IGBT开关频率的限制，则很难依靠单个模块单元实现。此时可通过引入交错控制算法来实现高频电压波形的输出，电路结构需改成多模块单元并联的结构，如图7所示。
图4所示电源模块主要通过增加缓冲吸收装置来实现较高频率的电压输出，比较适合用于改造原有的设备。若不需要对原有设备进行改造，可采用一种新的拓扑结构如图8所示。从图中可看出该电源模块采用两组H桥模块并联结构。该结构一方面可以提高等效开关频率，一方面可以在不需要增加缓冲吸收装置(通过控制负压的持续时间来实现)即可输出高频的电压。

Claims (4)

1.一种改良型脉冲高压电源的电源模块，其特征在于：由三相不可控整流桥、直流母线电容、半桥IGBT模块、输出电感、缓冲吸收装置组成，其中输出电感和缓冲吸收装置设置在输出端。
2.如权利要求1所述的一种改良型脉冲高压电源的电源模块，其特征在于：所述的输出电感和缓冲吸收装置形成并联，并联电路的一端设置在两个开关管之间，另一端作为整个电路的输入，两个开关管中的一个的自由端与电路的输出端相连接，另一个开关管的自由端作为整个电路的另一个输入端。
3.如权利要求2所述的一种改良型脉冲高压电源的电源模块，其特征在于：将多个输出电感和缓冲吸收装置形成的并联电路并联，将所有设置在两个开关管之间的电路输入端连接，形成整个电路的输入端，将所有设置在开关管的自由端的输入端连接，形成整个电路的另一个输入端。
4.如权利要求2所述的一种改良型脉冲高压电源的电源模块，其特征在于：将多个输出电感和缓冲吸收装置形成的并联电路并联，将一部分设置在两个开关管之间的电路输入端连接，形成整个电路的输入端，将另一部分设置在两个开关管之间的电路输入端连接，形成整个电路的另一个输入端。
CN201711446280.9A 2017-12-27 2017-12-27 一种改良型脉冲高压电源的电源模块 Pending CN109980983A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711446280.9A CN109980983A (zh) 2017-12-27 2017-12-27 一种改良型脉冲高压电源的电源模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711446280.9A CN109980983A (zh) 2017-12-27 2017-12-27 一种改良型脉冲高压电源的电源模块

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109980983A true CN109980983A (zh) 2019-07-05

Family

ID=67071628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711446280.9A Pending CN109980983A (zh) 2017-12-27 2017-12-27 一种改良型脉冲高压电源的电源模块

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109980983A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114362555A (zh) * 2021-12-28 2022-04-15 核工业西南物理研究院 一种具有多功能选择的电源模块

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008120625A1 (ja) * 2007-03-30 2008-10-09 National University Corporation Kumamoto University 高繰返しパルス電源及びこの高繰返しパルス電源を備えた露光装置
CN202818134U (zh) * 2012-09-18 2013-03-20 合肥雷科电子科技有限公司 一种psm高压电源
CN106163070A (zh) * 2015-04-07 2016-11-23 核工业西南物理研究院 一种强流离子源用弧电源
CN106787929A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 苏州富艾姆工业设备有限公司 一种快控电源***及控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008120625A1 (ja) * 2007-03-30 2008-10-09 National University Corporation Kumamoto University 高繰返しパルス電源及びこの高繰返しパルス電源を備えた露光装置
CN202818134U (zh) * 2012-09-18 2013-03-20 合肥雷科电子科技有限公司 一种psm高压电源
CN106163070A (zh) * 2015-04-07 2016-11-23 核工业西南物理研究院 一种强流离子源用弧电源
CN106787929A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 苏州富艾姆工业设备有限公司 一种快控电源***及控制方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114362555A (zh) * 2021-12-28 2022-04-15 核工业西南物理研究院 一种具有多功能选择的电源模块
CN114362555B (zh) * 2021-12-28 2023-07-14 核工业西南物理研究院 一种具有多功能选择的电源模块

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106059376A (zh) 一种适用于高重复频率脉冲负载的供电***
Mao et al. A pulse step modulator high-voltage power supply for auxiliary heating system on the HL-2A tokamak
CN108574400B (zh) 一种交直流混合大范围可调实验电源及其控制方法
CN103490661A (zh) 具有正负脉冲输出的全固态高压脉冲电流源
CN111416544A (zh) 一种平顶脉冲强磁场产生装置
Ma et al. Overview of 100-kV/60-A high-voltage power supply utilized for the ECRH system on J-TEXT tokamak
CN106602918A (zh) 一种32kv电子枪脉冲调制电源
CN109980983A (zh) 一种改良型脉冲高压电源的电源模块
CN105450078A (zh) 一种纳秒级脉冲电源
Wang et al. Repetitive high voltage all-solid-state Marx generator for dielectric barrier discharge pulsed plasma
Lim et al. Solid-state pulse modulator using Marx generator for a medical linac electron-gun
Ma et al. Development of a novel power module based on pulse step modulation
Chakraborty et al. Design concept of a high power high frequency power supply for feeding 500 kV, 100 mA Cockcroft-Walton generator
Gong et al. Comparison of DCM and CCM operated resonant converters for high-voltage capacitor charger
Fu et al. An improved three-level LCC converter with a novel control strategy for high-frequency high-power-density capacitor-charging power supplies
KR101690839B1 (ko) 가변 고압 펄스전원장치
Kheirollahi et al. Developing soft switching in solid-state circuit breakers
Xu et al. Development of 8 MW power supply based on pulse step modulation technique for auxiliary heating system on HL-2A
CN202218165U (zh) 一种具有能量回馈功能的并联型电子电力变压器
Kheirollahi et al. Wireless series-parallel capacitor charger for dc circuit breaker applications
CN206402098U (zh) 一种整流滤波电路
Zhang et al. Comprehensive Modeling, Optimization and Experiment of 10 kV/15 kA Forced Resonant DC Circuit Breaker
CN103627886A (zh) 用于消除残余应力的电流脉冲控制***
Gong et al. A Novel Bipolar High Voltage Repetitive Pulse Power Supply with Solid State Switches
Wang et al. All solid-state pulsed power generator with semiconductor and magnetic compression switches

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190705