[发明专利]一种多级复合结构的重复平顶脉冲电流产生装置

说明书

本发明提供了一种多级复合结构的重复平顶脉冲电流产生装置，包括：充电机，储能电容，第一桥臂、感性负载，附加感性元件，动态电压调节单元和第二桥臂；第一桥臂包括：依次串联连接的放电支路和蓄流补偿支路；放电支路的非串联连接端与储能电容的一端连接，蓄流补偿支路的非串联连接端与储能电容的另一端连接；第二桥臂包括：依次串联连接的馈能支路和放电蓄流支路；馈能支路的非串联连接端与储能电容的一端连接，放电蓄流支路的非串联连接端与储能电容的另一端连接；感性负载和附加感性元件依次串联连接在放电支路与蓄流补偿支路的串联连接端和与馈能支路与放电蓄流支路的串联连接端之间。本发明能够自然换流，二极管不存在瞬间过流。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种多级复合结构的重复平顶脉冲电流产生装置。

背景技术

为实现重复脉冲平顶强磁场，需要在磁体上产生重复脉冲平顶大电流，现世界各大强磁场实验室主要运用电容器型，蓄电池型，脉冲发电机型，蓄能电感型作为电源。

文献“Design of a Novel Controlled Pulsed Width Full-Bridge Topologyfor Repetitive Pulsed High Magnetic Field”(IEEE Transactions on AppliedSuperconductivity，vol.24，no.3，pp.1-4，June 2014)中提出了一种馈能结构，将续流阶段结束后的残余电流回馈至电容器，减少了磁体的继续发热与电容的电压补充，从而提高了重复频率。为了实现脉冲平顶强磁场，文献“Multistructure Power Converter With H-Bridge Series Regu4tor Suitable for High-Current High-Precision-PulsedCurrent Source”(IEEE Transactions on Power Electronics，vol.30，no.12，pp.6534-6542，Dec.2015.)中提出了通过多级电容放电来产生脉冲平顶电流：第一级电容用于产生上升沿；第二级电容用于粗略补偿平顶阶段的电阻压降；主电路上串联一个大电感，并通过一个由H桥高频改变第三级电容的接入方向产生的正负方波调节电感两端电压来维持磁体电流在平顶期稳定不变。文献中使用了一种双向可控通流的开关结构来隔离放电上升沿阶段的高压与大电流对平顶调节部分的影响。

上述的技术主要优点在于能量利用率高，控制原理简单，能用相对较小的电压调节较大的电流。主要缺点在于：(1)其用于隔离电压电流的双向开关结构，由4个大功率二极管与大功率IGBT构成，成本高，可靠性低；(2)当用于产生更大的脉冲电流时，由于磁体的内阻由于温升而剧烈变化，会导致流入第三级的电流过高；(3)其用于粗补偿第二级电容的直接投入方式会导致电容和二极管上的瞬间过流。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种多级复合结构的重复平顶脉冲电流产生装置，旨在解决高放电功率时高低压隔离与第三级平顶时期电流过大的问题。

本发明提供了一种多级复合结构的重复平顶脉冲电流产生装置，包括：充电机，储能电容，第一桥臂、感性负载，附加感性元件，动态电压调节单元和第二桥臂；充电机并接于储能电容的两端；第一桥臂包括：依次串联连接的放电支路和蓄流补偿支路；放电支路的非串联连接端与所述储能电容的一端连接，蓄流补偿支路的非串联连接端与所述储能电容的另一端连接；第二桥臂包括：依次串联连接的馈能支路和放电蓄流支路；馈能支路的非串联连接端与所述储能电容的一端连接，放电蓄流支路的非串联连接端与储能电容的另一端连接；感性负载和附加感性元件依次串联连接在放电支路与所述蓄流补偿支路的串联连接端和与馈能支路与放电蓄流支路的串联连接端之间；动态电压调节单元并联在附加感性元件两端。