脉冲电源的设计

模块化电容器脉冲电源的设计(图)一、原理：脉冲电源在军事、工业、民用中有着广阔的应用前景。以电容器为储能单元的大、中*****率脉冲能源系统将是今后发展的产要方向。现将简明叙述：整个电路基本上由电源滤波单元、异型升压单元、储能电容器组单元、调节控制单元、触发单元、放电单元、负载单元等七个部分组成，见结构框图1词组：IC电压调节、异型升压电路、真空开关等。1、电源滤波单元部分：XX型脉冲电源进电是直接取至交流电压220V，为能提高抗电磁干扰能力必须经滤波和浪涌吸收电路，脉冲电源在放电瞬间产生很强的电场，有一组小*****率的脉冲电源的测试数据：放电电压U=550V、放电持续时间t=200uS、电流I=600A。加入滤波及浪涌电路其一是滤除电*****中的一些不规则的杂波以提高设备的可靠性，二是将设备自身所产生的电磁干扰降低到最低程度。如果使用场合不具备220V交流电，也采用从电瓶取电的方式，见结构框图2：2、异型升压电路、储能电容器组单元，见图3：（1）、由从电容器组1、主电容器组1、主电容器组2以及JN-X模块组成整流升压电路是该设备储能的主要单元，电容CA1、JN-X构成升压通道向主电容器组1或电容器组2进行充电，当储能单元向负载放电时，电容器组与负载可等效于短路，此时电源通过JN-X、从电容器组与电源形成通路，所以在同一时刻有两种正常的状态，所以对电*****来说是安全的。（2）、计算充电时间：主电容器组的充电时间计算，由电容充电公式可知：Vt=V0+（V1-V0）*[1-exp(-t/RC)]V0为电容上的初始电压值；V1为电容最终可充到或放到的电压值；Vt为t时刻电容上的电压值。则充电时间为：t=RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]我们知道电容器实际放电后其两端会有残余电压的，可设初值为1/3Vcc的电容C通过R充电，电源值为Vcc，V0=Vcc/3，V1=Vcc,Vt=2*Vcc/3简化后：t=RC*Ln[(1-1/3)/(1-2/3)]=RC*Ln2=0.693RC设：电*****电压为理想电源，二极管端电压忽略不计，充电回路电阻包括有二极管内阻、电容器内阻、电路板走线、连接线引起的感抗等，可暂定总回路电阻为≤30Ω代入数值:t=0.693×1350uF×3×30Ω=0.224532秒，得：电容两端充至Vcc2/3约等于0.084mS实际上在选择元器件及设备制作的过程中，降低回路内阻的空间还是很大的,比如:由于电流较大,可以增加电缆截面或降低材料的电阻率的方法实现,线材采用铜绞线低阻电缆,连接导线应尽量走直线,以避免形成电感等等。（3）、估算放电能量：公式W=1/2*CU2(C为电容U为电压）代入数值：0.5×1350×4×600∧2=972焦耳由于是模块化设计，当单一模块的放电能量在不能满足需求时，可增加模块的数量以达到负载的要求。值得注意的是，当运用二级或二级以上电容器组时，要考虑设备的浪涌电流问题，这可引入一个充电时序的概念，当一级主电容器的电压充至U2/3时，再打开下一级主电容器的充电开关，这样可将浪涌所造成的危害降至最小。理论计算与实际肯定有一些差距，但作为条件对我们在制作或实验过程中进行参数修正还是很必要的。（4）、限制浪涌电流(Vin-Vc)/RinVin输入的最大直流电压,U×1.414,Vc电容的初始电压,一般设为0,当然可忽略桥堆压降。Ri线路总电阻,包括电源内阻(一般设为0),输入部分的电感,NTC(冷态阻值)等.设Ri=4Ω则浪涌电流I=220×1.414÷4≈77.7A即浪涌电流可控制在78A以内电感量的确定:L=Ri/2Л/F≈0.0127mH3、调节控制单元调控电路是以运放集成电路LM339为单元，给正向输入第5脚设定一个窗口电压，随着充电电压的升高U2集电极的内阻逐渐下降，反向输入端电位逐渐上升，当VU4＞VU5时，LM339第2脚输出一低电位，可控硅关断，调节电位器R2即可控制充电电压。4、触发单元、放电单元（1）、触发电路由R5、R6、R7、Q3、C18、C19、L1组成触发电路，当Q3的控制极G脚得一触发脉冲，Q3的A1与A2接通，此时L1上的场能将迅速通过C18、A1、A2对地释放，由于互感作用，在L1的输出端产生一高压，本电路所设计的高压为12KV，可满足的于氙气触发，大电流真空管触发等。（2）、放电单元的控制，由于负载的形式多样，有感性的、容性的、纯阻性的、混合性的，理想的负载当然是电阻类型的，因为它不会涉及到相位的问题，当选择的是感性负载后，由于储电单元采取的是电容方式的，这就有可能会产生LC低频振荡，如果条件具备LC自然会产生振荡，它一旦形成其无论强度如何都将对设备带来严重影响，图中的二极管D5-D15是串接在放电回路中的，用二极管的单向导电的性能破坏其振荡条件，使设备稳定可靠地进行工作，如果负载是纯电阻类型的，二极管可以不用。对于负载的控制，以现有的技术，负载电流在200A以内可考虑选择机械开关，如果大于200A无论从电气性能还是从使用安全上考虑都不易采取人工控制的方式，一定要选择大电流真空开关，现简单述说一下它的构造：高压大电流真空放电开关是由阴极、阳极、触发极和瓷质外壳组成。开关腔抽真空后密封，当触发脉冲施加到触发电极时，触发电极表面产生场致使阴极发射自由电子，自由电子在电场作用下加速并轰击阳极，在二次电子发射作用下开关闭合。这种开关结构简单，易于操作，对触发脉冲的要求不高。使用起来尤为安全。是大电流控制的理想设备。如果对该设备的制作生产或对JN-X升压模块感兴趣可拔打：13236385818邮箱：barp_2002@.yahoo.com.cn一、制作该设备电子电路总的来看不算复杂，按步骤进行，一般本着先简后难的原则，由于电路是本人设计的，这里我提一些建议，首先是之前的准备工作：1、首先要完备所有的使用工具、检测工具，包括电流互感器（检测放电电流），电压释放工具（如电炉丝等）。2、在动态测试时一定要注意人身安全，静态时或进行电路焊接时一定要将所有电容两端电压释放掉（要养成习惯）。3、每一次测量的结果要记录。制作步骤：1、先从图中红框中的步骤一开始，先搭从电容器组1、主电容器组1，根据图中的接线要求并正确做到位，然后将L、R接入220V电源（注意220V配电板中一定要有完备空气开关等过流装置），测量A、B的电压（大约在610V）。如果没有电压则查检电路接线是否正确，正常情况下只要连线正确，电路即可工作。如果正常则可接入负载进行一次放电。2、第一步成*****后，可搭主电容器组2，确认无误后与主电容器组1并接，并按照上一步骤进行，接入负载进行一次放电。3、根据以上每一次试验的结果，就可以大概确定电能释放能量的一个范围，如有必要，电容器组的电容可以任意增减。4、接下来就是控制板的制作了，如果有专业人员来进行操作是没有问题的。这里不将述说。